Naturnaher Wasserbau: Entwicklung und Gestaltung von Fließgewässern, 3. Auflage

Naturnaher Wasserbau

Heinz Patt · Peter Jürging · Werner Kraus

Naturnaher Wasserbau Entwicklung und Gestaltung von Fließgewässern 3., aktualisierte Auflage

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Universitätsprofessor Dr.-Ing. habil Heinz Patt Universität Duisburg-Essen Institut für Wasserbau und Wasserwirtschaft Universitätsstraße 15 45141 Essen und College of Associated Scientists and Advisors (CASA) United Nations University Institute for Environment and Human Security (UNU-EHS) UN Campus Hermann-Ehlers-Str. 10 53113 Bonn [email protected] Dr. Dipl.-Ing. Peter Jürging † Dipl.-Ing. Werner Kraus † Bibliografische Information der Deutschen Bibliothek Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.ddb.de abrufbar.

ISBN 978-3-540-76979-8

e-ISBN 978-3-540-76981-1

DOI 10.1007/978-3-540-76981-1 ISSN  1439-3107 © 2009 Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 3. Auflage Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfältigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfältigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. September 1965 in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Cover design: wmxDesign GmbH, Heidelberg Typesetting and production: le-tex publishing oHG, Leipzig, Germany Gedruckt auf säurefreiem Papier 987654321 springer.com

Vorwort zur 3., aktualisierten Auflage

Die Arbeit der Wasserwirtschaft wurde seit der letzten Auflage dieses Buches wiederum in erheblichem Maße von der Umsetzung der EG-Wasserrahmen­ richtlinie (EG-WRRL) geprägt. Der enge Fristenplan für die Umsetzung erfordert von allen Beteiligten ein zielgerichtetes Arbeiten an der Lösung der organisatorischen und fachlichen Fragen. Entsprechend der Anforderung, dass die EG-WRRL in allen Mitgliedsstaaten den gleichen Standard für die Wasserkörper sicherstellen soll, geschieht dies überwiegend in international besetzten Arbeitsgruppen. So hat nicht nur die Interdisziplinarität, sondern auch die Internationalität, der Blick über die Grenzen eines Staates hinaus, nochmals erheblich an Bedeutung gewonnen. Die Fristen für die Bestandsaufnahme sowie die Aufstellung und Umsetzung der Überwachungsprogramme sind Ende 2005 abgelaufen. Nun gilt es, die Er­ gebnisse für das weitere Vorgehen zielgerichtet zu inter­pretieren. Das ist in den kommenden Jahren u.a. von Bedeutung für Aufstellung der Bewirtschaftungs­ pläne und die Ausgestaltung der Maßnahmen­programme. Hierzu sind in den letzten Jahren zahlreiche Leitfäden bzw. Handlungsanleitungen erarbeitet worden. Besondere Bedeutung haben in diesem Zusammenhang die als „erheblich verändert“ (“heavily modi­fied“) ausgewiesenen Wasserkörper. Erhebliche Bedeutung für die Gewässergüte haben die prioritären und die prioritär gefährlichen Stoffe. Der über 20 Jahre andauernde Prozess der Begrenzung von Emissionen und Immissionen, bis hin zur vollständigen Einstellung der Einleitung von prioritär gefährlichen Stoffen, ist angelaufen. In den nächsten beiden Jahren werden Modelle des Beteiligungsprozesses, d.h. die Vorgehensweise und Organisation der Öffentlichkeitsarbeit, ein wichtiges Arbeitsfeld sein. Hierbei soll insbesondere die Einbindung lokaler Akteure gefördert werden, in dem u.a. die Bewirtschaftungspläne und Maßnahmenprogramme einerseits detailliert genug sind, dass sich die Betroffenen wiederfinden, andererseits aber auch die großräumigen Zusammenhänge erkennbar bleiben. Die Arbeiten hierzu sind noch im Gange. v

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Vorwort

Auch im Hinblick auf den Hochwasserschutz hat es Veränderungen gegeben. Insbesondere ist der Schutz der natürlichen Überschwemmungsgebiete verbessert worden. Die Überarbeitung des Buches war jedoch nicht nur von den Inhalten und Terminen der EG-WRRL geprägt, sondern auch von deren neuen Begriffen. Während die Fließgewässerentwicklungsplanung bei den ersten beiden Auflagen dieses Buches noch als ein Überbegriff für entwicklungsfördernde Maßnahmen an Fließgewässern stand, ist diese nunmehr Bestandteil der Maßnahmenprogramme bzw. Maßnahmenplanungen. Da jedoch die Erfahrungen aus der Fließgewässerentwicklungsplanung mit Sicherheit Berücksichtigung im weiteren Umsetzungsprozess der EG-Wasserrahmenrichtlinie finden werden, ist die Fließgewässerentwicklungsplanung nochmals detailliert in einem eigenen Kapitel enthalten (Kap. 9.2). Dies führt in Verbindung mit dem Flussgebietsmanagement (Kap. 9.1) zu einigen Doppeldeutigkeiten, die jedoch mit der Etablierung der Maßnahmenprogramme bzw. Maßnahmenplanungen verschwinden werden. Die Aktualität eines Fachbuches ist limitiert. Will sich der Leser zeitnah über neue Entwicklungen informieren, muss er das Internet benutzen. Die dort abrufbaren Informationen sind nicht nur aktueller und schneller verfügbar, sondern ermöglichen es auch, Maßnahmen an ausgewählten Gewässern zeitnah zu verfolgen. Um die entsprechenden Projekte zu finden, genügt es meist, einen entsprechenden Begriff in eine Internet-Suchmaschine einzugeben. Allerdings sollte man auch bei den Informationen aus dem Internet auf deren Aktualität achten. Bei der Arbeit an dieser 3. Auflage haben uns wieder zahlreiche Kollegen und Freunde geholfen. Insbesondere möchte ich Assessor Klaus-Dieter Fröhlich, Kanz­lei Wellmann, Kling, Langbein, Poppe Partnerschaftsgesellschaft - WKLP, Bonn, für die Durchsicht des Rechts­kapi­tels danken. Dipl.-Ing. Christian Göldi, Schaffhausen/Schweiz, hat die Schweizer Rechtsnormen auf Aktualität geprüft. Bei der Neugestaltung des Kapitels „­Fluss­gebiets­management/Fließgewässer­ entwicklung“ hat mich Bauassessor Dr.-Ing. Heinz-Christian Baumgart, DWALan­desv­erband NRW, Essen, sowie Dr. rer. nat. Petra Podraza, Ruhrverband, Essen, unterstützt. Dipl.-Ing. Walter Binder, München, hat die ökologischen bzw. naturschutzfachlichen Kapitel durchgesehen und wichtige Hinweise gegeben. Dipl.-Ing. (FH) Stefan Brüning und Dipl.-Ing. Kerstin Engels (beide Institut für Wasserbau und Wasserwirtschaft der Universität Duisburg-Essen) ha­ben sich um wichtige Details gekümmert und mich auf diese Weise von zeitintensiven Arbeiten entlastet. Weitere Unterstützung kam vom Obmann der DWA-Gewässernach­bar­ schaft Sieg, Dipl.-Ing. Eberhard Städtler, Euskirchen, der das Unterkapitel über die neue Ausbildungsverordnung für Wasserbauer/Innen formuliert hat und aktuelle Fotos beigesteuert hat. Mein Mitautor, Dr. Peter Jürging, hat die Fertigstellung dieser dritten Auflage nicht mehr erleben dürfen. Er ist am 12. Mai 2008 verstorben. Bonn im Juli 2008

Univ. Prof. Dr.-Ing. habil. Heinz Patt

Vorwort zur 1. Auflage

„… Auf mühevollem, meist empirischen Wege hat sich die Kunst des Flussbaues entwickelt. Seine Anfänge waren von den Bedürfnissen des Augenblicks geboten. Die Beweglichkeit des zu behandelnden Elements ließ die Übertragung einer einzelnen Erfahrung und allgemeine Schlüsse nur selten zu und, obwohl der Wasserbau schon seit Jahren eine zunehmende wissenschaftliche Behandlung erfahren hat ….“. „… so sind neben den wenigen ganz allgemeinen Grundgesetzen allgemein anwendbare Regeln und Vorschriften nur in geringem Maße gewonnen worden. Der wichtigste Satz aller Studien ist der, dass jeder Fluss ein Individuum ist, das seine eigene Behandlung verlangt, da die bestimmenden Faktoren, Wassermenge, Gefälle, Geschiebe und Uferbildungen bei allen Flüssen, ja sogar innerhalb einzelner Flussstrecken große Verschiedenheiten aufweisen. Nichts wäre weniger angezeigt, und nichts würde zu größerer Geldverschwendung führen, als wenn alle Flüsse nach einer einzelnen Schablone behandelt würden; denn schon die Ungleichheit einer einzigen wesentlichen Eigenschaft zwingt im Flussbau zur Anwendung anderer Mittel …“. Diese fast philosophisch anmutende Sichtweise, in der die Fließgewässer als sehr eigensinnig reagierende Individuen dargestellt werden, die aber bei entsprechender Behandlung sehr dienlich sein können, stammt aus einer Denkschrift der Bayerischen Obersten Baubehörde aus dem Jahre 1909. Der Mensch hat sich leider in den vergangenen Jahrzehnten die damit verbundene Umgangsweise mit den Fließgewässern nicht zu eigen gemacht. So ist es nicht verwunderlich, wenn z.B. in einer Bürgerpetition aus dem Jahre 1928 an einen Gemeinderat die Einbeziehung eines Baches in das Kanalisationsnetz der Gemeinde beantragt wird. Als Gründe werden angeführt: „… Die unterzeichnenden Einwohner, die an dem vorstehend genannten Bach wohnen, bitten hiermit den wohllöblichen Gemeinderat, auch diesen Bach in die zu bauende Kanalisation einzubeziehen, und zwar aus folgendem Gründen: Die zu bauende Kanalisation hat den Zweck, die den Ort durchziehenden Gewässer unterirdisch abzuleiten …“. vii

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Vorwort

„… Weiter ist der sich an diesem Bach entlangziehende Verkehrsweg nur sehr schmal und es ist darum auch im Verkehrsinteresse von größtem Vorteil, wenn dieser Bach unterirdisch abgeleitet wird …“. Der zuständige Kreisbaumeister führt dazu aus: „… Infolge der geringen Abmessung des Bachprofils und der hohen Lage der Sohle kommt es bei Hochwasserabfluss häufig zu Überschwemmungen der Straßen in der Dorflage. Zudem wird der Grundwasserspiegel hochgehalten und hält so die Fundamente der anliegenden Wohnhäuser feucht, wodurch die Wohnungen ungesund sind. Bei den geringen Wassermengen, die der Bachlauf im Sommer führt, bleiben die eingeleiteten Abwässer stehen. Es ist doch nicht zu vermeiden, dass der Bachlauf als Abladestelle für alle möglichen Abfälle dient, wodurch derselbe zum Schmutzbach wird. Die Beseitigung des Bach­laufes erscheint daher in sanitärer Hinsicht besonders erwünscht …“. Bei einem derartigen Umgang mit den Fließgewässern, war das Verschwinden zahlreicher Fließgewässer aus urbanen Bereichen vorprogrammiert. Konnten die Gewässer bleiben, wurden sie meist technisch ausgebaut. Die Probleme mit der Gewässergüte blieben oft ungelöst und wurden an den jeweiligen Unterlieger weitergereicht. Vor etwa zwei Jahrzehnten wurde jedoch mehr und mehr erkennbar, dass ein derartiger Umgang mit den natürlichen Ressourcen auf die Dauer zu irreversiblen Schäden führen wird. In der Folge trugen zahlreiche Berichte in den Medien über Umweltprobleme und deren gesundheitliche Auswirkungen erheblich dazu bei, das Interesse der Bevölkerung für ökologische Zusammenhänge zu wec ken und so das Umweltbewusstsein generell zu fördern. In diesem Zusammenhang wurde der Begriff der nachhaltigen Entwicklung geprägt, der heute ein übergeordnetes Ziel im Umweltschutz ist. Im Zuge dieser neuen Sichtweise hat sich wohl kein Arbeitsfeld in den letzten Jahren derartig stark verändert wie dasjenige des Wasserbauingenieurs. Über lange Zeit angewandte Strategien und Baumethoden bei Ausbau und Unterhaltung von Fließgewässern mussten völlig neuen, ökologisch ausgerichteten Ansprüchen genügen, die in der klassischen, konstruktiv oder nutzungsorientiert ausgerichteten Ausbildung des Wasserbauers und Kulturbauingenieurs nicht vorgesehen waren. Die neuen Anforderungen, die nun bei Ausbau und Unterhaltung von Fließgewässern berücksichtigt werden müssen, sind nur noch im Team mit anderen Fachdisziplinen zu lösen. Diese Zusammenarbeit hat deutliche Spuren bei Planung und Ausführung hinterlassen; oftmals wird heute genau um gekehrt verfahren, wie vor einigen Jahren. Schon die Begriffe Rückbau, Revitalisierung und Renaturierung deuten auf Korrekturen an den bislang verfolgten Ausbaustrategien hin. Die plastische Darstellung vieler „Sünden“ des technischen Wasserbaus in diesem Buch soll keine Abrechnung mit der Vergangenheit sein. Die Nutzung der natürlichen Ressourcen dient uns allen und hat daher auch im Rahmen einer nachhaltigen Entwicklung weiterhin ihre Berechtigung.Wie viele andere Auswirkungen der Industrialisierung wurde die anthropogene Beeinflussung

Vorwort

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der Fließgewässer von der Gesellschaft gewünscht und durch politische Entscheidungsprozesse eingeleitet. Wesentliche Intention des Buches ist die Darstellung der Auswirkungen von Eingriffen in die natürliche Fließgewässerentwicklung als Entscheidungshilfe für zukünftige Planungen. Das Für und Wider eines Eingriffs muss möglichst frühzeitig in seinen Gesamtauswirkungen bewertet werden. Ist ein Eingriff notwendig, können die Methoden des naturnahen Wasserbaus dazu beitragen, die Beeinträchtigungen von notwendigen baulichen Maßnahmen abzumildern. An ausgebauten Fließgewässern können durch Renaturierungen wieder natur­ nähere Zustände hergestellt werden. Der „Lebensraum Fließgewässer“ ist dabei ein wichtiges Kriterium. Die Berücksichtigung ökologischer Belange bei Baumaßnahmen an Fließgewässern sind jedoch eine Voraussetzung dafür, dass sich auch spätere Generationen auf die Erneuerungskräfte der Natur verlassen können. Bei einem derart komplexen Thema ist auch bei einem Buch eine gemeinsame Arbeit zwischen verschiedenen Fachdisziplinen erforderlich. Als Autoren sind deshalb zwei Wasserbauer, ein Hochschullehrer und ein Praktiker, sowie ein Landespfleger beteiligt. Diese interdisziplinäre Zusammensetzung hat sich auch in anderen gemeinsamen Projekten bestens bewährt. Prof. Dr.-Ing. G.Vogel (Hochschule Wismar), Assessor K.-D. Fröhlich (Institut für das Recht der Wasser- und Entsorgungswirtschaft an der Universität Bonn), Dipl.-Ing. (FH) W. Gröbmaier und Dipl.-Ing. W. Kraier (beide Bayerisches Landesamt für Wasserwirtschaft) haben jeweils einzelne Kapitel kritisch durchgesehen und wertvolle Hinweise gegeben. Das gilt auch für Dipl.-Ing. E. Städtler (Staatliches Umweltamt Köln), der uns zusätzlich zahlreiche Fotos zur Verfügung gestellt hat. An der Illustration des Buches haben Dipl.-Ing. R. Sonn (technische Grafiken) und H. Geipel (Zeichnungen) mitgewirkt. Allen Genannten möchten wir ganz herzlich danken. Bonn, München, Rosenheim im Dezember 1997 Prof. Dr.-Ing. Heinz Patt    Dr. Peter Jürging    Dipl.-Ing. Werner Kraus

Inhaltsverzeichnis

Kapitel1 1 Zielsetzung  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   1 Kapitel2 2 Rechtlicher Rahmen  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1 Europäische Rechtsnormen  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.1 EG-Wasserrahmenrichtlinie  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.2 Europäische Naturschutzrichtlinien  . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2 Rechtliche Grundlagen – Bundesrepublik Deutschland  . . . . . . . . . 2.3 Rahmengesetzgebung, Föderalismusreform, Gesetze der Bundesländer  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4 Wasserhaushaltsgesetz  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4.1 Grundsätzliches  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4.2 Gemeinsame Bestimmungen für die Gewässer – Erlaubnis und Bewilligung  . . . . . . . . . . . . . . . 2.4.3 Bestimmungen für oberirdische Gewässer – Unterhaltung und Ausbau  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4.4 Hochwasserschutz  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4.5 Wasserwirtschaftliche Planung  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.5 Gesetz über die Wasser‑ und Bodenverbände  . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.6 Bundesnaturschutzgesetz (BNatSchG)  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.7 Strategische Umweltprüfung   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.8 Gesetz über die Umweltverträglichkeitsprüfung (UVPG)  . . . . . . . 2.9 Verwaltungsverfahren, Planfeststellung, Plangenehmigung  . . . . . . 2.10 Unselbstständige Teile verwaltungsbehördlicher Verfahren und Planungsinstrumente  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.10.1 Umweltverträglichkeitsprüfung (UVP)  . . . . . . . . . . . . . . . 2.10.2 Eingriffsregelung  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.11 Bestimmungen in der Schweiz  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Kapitel3 3 Morphologie der Fließgewässer  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1 Klima   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2 Geomorphologie  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3 Natürliche Fließgewässerentwicklung  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.1 Gewässerbettbildende Prozesse  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.2 Linienführung (Laufform)  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.3 Längsprofil, Querprofile, Sohlenstrukturen  . . . . . . . . . . . . 3.3.4 Zeiträume für eine natürliche Entwicklung  . . . . . . . . . . . .

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Inhaltsverzeichnis

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Anthropogen beeinflusste Fließgewässer  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.1 Landnutzung und Besiedlung  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.2 Laufkorrekturen und Profilausbau  . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.3 Hochwasserschutzmaßnahmen  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.4 Wehre und Stauanlagen – Einschränkung der Durchgängigkeit  . . . . 3.4.5 Künstliche Gewässer  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.6 „Inkubationszeit“ – Reaktion der Fließgewässer auf anthropogene Beeinflussungen  . . . . . . . . . . . . . . . . . Systematik der Fließgewässer  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5.1 Einteilung der Fließgewässer  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5.2 Fließgewässertypisierung  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5.3 Fließgewässerlandschaften  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Kapitel4 4 Lebensraum Fließgewässer  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1 Natürliche Fließgewässer  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1.1 Fließgewässer- und Auendynamik  . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1.2 Physikalische Faktoren  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1.3 Chemische Faktoren   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1.4 Biotische Faktoren  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1.5 Lebensräume und Lebensgemeinschaften  . . . . . . . . . . . . 4.2 Anthropogen veränderte Fließgewässer  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.1 Fließgewässer- und Auendynamik  . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.2 Physikalische Faktoren  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.3 Chemische Faktoren   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.4 Biotische Faktoren  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.5 Anthropogen bedingte und beeinflusste Lebensräume und Lebensgemeinschaften  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Kapitel5 5 Gewässergüte, Gewässerstruktur  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1 Gewässergüte  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.1 Chemisch-physikalische Verfahren  . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.2 Biologische Verfahren  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.3 Güteklassen – Gewässergütekarte  . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.4 Leitbildorientierte biologische Bewertung  . . . . . . . . . . . . 5.2 Fließgewässerstrukturkartierung  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.1 Anfänge der Strukturkartierung  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.2 Verfahren zur Ermittlung der Gewässerstruktur  . . . . . . . 5.2.3 Leitbild  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.4 Verfahrensablauf  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.5 Arbeitsschritte  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.6 Fließgewässerstrukturkarten  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3 Bestandsaufnahme nach EG-Wasserrahmenrichtlinie  . . . . . . . . .

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Kapitel6 6 Hydrologische Grundlagen  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.1 Wasserkreislauf  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2 Wasserhaushaltsgleichung  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2.1 Niederschlag  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2.2 Verdunstung   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2.3 Abflussentstehung  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2.4 Retention (Rückhalt)  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2.5 Verbesserung des Wasserrückhalts  . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.3 Hydrologische Daten für die Planung  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.3.1 Hydrometrie  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.3.2 Hydrologische Verfahren  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.4 Abflüsse  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Kapitel7 7 Hydraulische Nachweise  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   185 7.1 Geschwindigkeitsverteilung  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   185 7.2 Strömen – Schießen  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   186 7.2.1 Froude-Zahl  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   187 7.2.2 Formen des Fließwechsels  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   188 7.2.3 Grenzverhältnisse  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   189 7.3 Abfluss- und Wasserspiegelberechnungen  . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   189 7.3.1 Berechnung nach Manning-Strickler  . . . . . . . . . . . . . . . .   192 7.3.2 Berechnung nach Darcy-Weisbach  . . . . . . . . . . . . . . . . . .   193 7.3.3 Berechnungsverfahren nach Mertens  . . . . . . . . . . . . . . . .   202 7.3.4 Transportkörper auf der Sohle  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   205 7.3.5 Verklausungen und lokale Fließwiderstände  . . . . . . . . . .   206 7.4 Überströmte Strukturen  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   207 7.5 Sohlenbauwerke  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   210 7.5.1 Hydraulische Wirksamkeit  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   211 7.5.2 Bemessung von Sohlenrampen  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   211 7.6 Physikalische und mathematische Modelle  . . . . . . . . . . . . . . . . . .   214 7.6.1 Wasserspiegellagen, Überschwemmungsgrenzen  . . . . . . .   214 7.6.2 Feststofftransportmodelle  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   215 7.6.3 Habitatmodellierung – Öko-Hydraulik  . . . . . . . . . . . . . .   215 7.6.4 Physikalische Modelle, wasserbauliches Versuchswesen  .   215 Kapitel8 8 Feststofftransport in Fließgewässern  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.1 Systematik   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2 Transportbeginn  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3 Kritische Geschwindigkeit  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.4 Kritische Schubspannung  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.5 Geschiebetransportformeln  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.5.1 Formel von Einstein  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.5.2 Formel nach Meyer-Peter & Müller  . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.5.3 Anwendungsbereiche der empirischen Formeln  . . . . . . . 8.5.4 Geschiebejahresfracht  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Inhaltsverzeichnis

8.6

Messmethoden für den Feststofftransport  . . . . . . . . . . . . . . . . . .   233 8.6.1 Geschiebemessung  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   233 8.6.2 Schwebstoffmessung  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   234

Kapitel9 9 Flussgebietsmanagement, Fließgewässerentwicklung  . . . . . . . . . . . . . . . . 9.1 Flussgebietsmanagement  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.1.1 Bewirtschaftung nach Flussgebietseinheiten  . . . . . . . . . . 9.1.2 Umweltziele  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.1.3 Zustandsbewertung  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.1.4 Bewirtschaftungspläne  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.1.5 Maßnahmenprogramme, Maßnahmenplanung  . . . . . . . . 9.2 Fließgewässerentwicklungsplanung  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.2.1 Planungsebenen  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.2.2 Planungsdaten  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.2.3 Ausbildung, Fortbildung, Weiterbildung  . . . . . . . . . . . . . 9.3 Staatliche Fördermaßnahmen und Programme  . . . . . . . . . . . . . .

  235   236   236   237   240   243   244   245   245   246   256   257

Kapitel10 10 Naturnahe Gestaltung  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.1 Eigendynamische Fließgewässerentwicklung  . . . . . . . . . . . . . . . . 10.2 Einleiten dynamischer Prozesse  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.2.1 Veränderungen an der Laufentwicklung  . . . . . . . . . . . . . 10.2.2 Gewässeraufweitungen  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.2.3 Verbesserung des Geschiebehaushaltes  . . . . . . . . . . . . . . 10.2.4 Totholz  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.2.5 Altgewässer  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.3 Revitalisierung einzelner Ökosystem-Bausteine  . . . . . . . . . . . . . . 10.3.1 Durchgängigkeit  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.3.2 Anbinden von Seitengewässern  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.3.3 Auenvitalisierung, Anlage von Uferstreifen  . . . . . . . . . . . 10.4 Sicherung gegen Seitenerosion, Längsverbau  . . . . . . . . . . . . . . . . 10.4.1 Röhrichte  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.4.2 Rauhbaum  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.4.3 Faschinenbündel  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.4.4 Senkwalzen, Senkfaschinen  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.4.5 Flechtzaun  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.4.6 Weidenspreitlage  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.4.7 Weidenbuschlage  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.4.8 Böschungsrasen  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.4.9 Gehölze  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.4.10 Steinverbau  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.5 Sicherung gegen Seitenerosion, Buhnen  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.5.1 Buhnen aus Steinen  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.5.2 Dreiecksbuhnen aus Steinen (Steinsporne)  . . . . . . . . . . . 10.5.3 Buhnen aus Wurzelstöcken  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.5.4 Flechtwerksbuhnen  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.5.5 Steinkastenbuhnen  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

  259   259   262   263   264   266   267   269   269   270   272   273   274   275   276   278   280   281   282   283   285   286   287   292   294   295   296   297   298

Inhaltsverzeichnis

xv

10.6 Sicherung gegen Tiefenerosion  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.6.1 Totholzschwellen  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.6.2 Sohlen- und Grundschwellen  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.6.3 Sohlenrampen  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.7 Fischwanderhilfen  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.7.1 Planungsgrundlagen  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.7.2 Naturnahe Bauweisen  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.7.3 Technische Bauweisen  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.7.4 Fischschutz- und Fischabstiegsanlagen  . . . . . . . . . . . . . . 10.7.5 Wanderfischprogramme  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.8 Deiche   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.9 Freizeit und Erholung  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

  299   300   301   302   307   308   310   313   314   316   317   320

Kapitel1 11 Baumaterialien im naturnahen Wasserbau  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.1 Pflanzen  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.1.1 Rasen  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.1.2 Röhrichte  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.1.3 Gehölze  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2 Steine   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2.1 Chemismus  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2.2 Grundsätze des Arbeitens mit Steinen   . . . . . . . . . . . . . . 11.3 Weitere Baustoffe  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.3.1 Holz  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.3.2 Metalle  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.3.3 Geotextilien  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

  323   323   324   328   330   338   339   339   341   342   342   343

Kapitel12 12 Gewässerunterhaltung  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   345 12.1 Unterhaltungslast, Eigentumsverhältnisse und Duldungspflichten  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   345 12.2 Aufgaben der Gewässerunterhaltung  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   346 12.3 Unterhaltungsmaßnahmen  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   347 12.3.1 Regelmäßig wiederkehrende Unterhaltungsmaßnahmen  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   347 12.3.2 Unregelmäßig wiederkehrende Unterhaltungsmaßnahmen  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   355 12.3.3 Sonstige Unterhaltungmaßnahmen  . . . . . . . . . . . . . . . . .   360 12.3.4 Zeitrahmen für Unterhaltungsarbeiten im Jahresgang  .   362 12.3.5 Gewässerunterhaltungsplan  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   363 Literaturverzeichnis  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   365 DIN Normen*  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   391 Symbolverzeichnis  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   393 Abkürzungsverzeichnis  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   397

xvi

Inhaltsverzeichnis

Bildnachweis  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   399 Glossar  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   401 Farbtafeln  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   415 Sachwortverzeichnis  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   447

Kapitel 1

Zielsetzung

Für den Naturhaushalt bedeutet jeder menschliche Eingriff eine Veränderung der natürlichen Lebensbedingungen und birgt deshalb die Gefahr der Störung des ökologischen Gleichgewichts in sich. In der Vergangenheit hat die Natur die aufgetretenen Instabilitäten durch ihr Regenerationsvermögen ausgleichen und überdecken können. Die zunehmende Industrialisierung in den letzten Jahrzehnten hat jedoch zu einer derart deutlichen Steigerung der Belastung geführt, dass die bisher versteckten Umweltschäden mehr und mehr erkennbar wurden. Die Gesamtauswirkungen sind derzeit wohl noch nicht in vollem Umfang abzuschätzen. Von Bedeutung für den Wasserhaushalt und die Entwicklung der Fließgewässer sind der zunehmende Flächenbedarf für Wohn-, Gewerbe- und Indu­ striegebiete sowie die zugehörigen Infrastrukturen, die Sicherstellung der Wasserversorgung in Form von Trinkwasser für die Bevölkerung sowie Brauchwasser für Gewerbe und Industrie, der Ausbau der Gewässer zur Elektrizitätsgewinnung aus der regenerativen Wasserkraft und Hochwasserschutzmaßnahmen. Alle genannten Nutzungen führen zu einer Inanspruchnahme von Flächen in den natürlichen Überschwemmungsgebieten und engen damit die Entwicklungs- und Kompensationsmöglichkeiten der Fließgewässer mehr oder weniger stark ein. Um die optimalen Voraussetzungen für die Nutzungen zu schaffen, wurden die Fließgewässer oft in sterile, klar gegliederte, von Bewuchs und son­ stigen Fließhindernissen befreite Querschnitte gezwängt, die keinerlei Anbindung an die restliche Flusslandschaft mehr haben. Die Gewässerqualität lässt auch heute, hauptsächlich wegen der diffusen Einleitungen, in vielen Bereichen immer noch zu wünschen übrig. Als erster wies Prof. Alwin Seifert im Jahre 1938 auf diese Missstände hin und forderte einen „naturnäheren Gewässerbau“ (Seifert, 1938). Das Gedankengut lag wegen der Nachkriegszeit und den gesellschaftlichen Anforderungen der Nachkriegszeit lange brach. In der Zeit des Wiederaufbaus hatten der Wohnungsbau, die Schaffung von Infrastruktureinrichtungen sowie Bodenmelioration und In­tensivierung der Landwirtschaft Vorrang. Nach Erreichen einer H. Patt, Naturnaher Wasserbau © Springer 2009

1

2

1  Zielsetzung

gewissen Prosperität und angesichts der landwirtschaftlichen Überproduktion setzte die Öko­logie-Diskussion ein. Die immer deutlicher erkennbaren Auswirkungen der globalen Klimaveränderungen (z. B. Liebscher, 1991; Kliwa, 2000; IPCC, 2007) und die weltweit fortschreitende Verringerung der Trinkwasserreserven durch menschliche Einwirkungen hat manchenorts bereits derart bedrohliche Ausmaße angenommen, dass Konflikte zwischen wasserreichen und wasserarmen Regionen um die wenigen ergiebigen Ressourcen vorprogrammiert sind. Die Darstellung eines natürlichen Lebensraumes, in dem jede Komponente mit jeder mehr oder weniger verbunden ist, erfordert ein Erkennen und Abwägen der gegenseitigen Beeinflussungen und, vergleichbar mit den iterativen Lö­ sungs­methoden in der Mathematik, ein mehrmaliges Überdenken aller Faktoren unter Berücksichtigung von sich ständig verändernden Randbedingungen. Der Interessenkonflikt zwischen Schutz bzw. Wiederherstellung der natürlichen Struk­turen einerseits und die Sicherung der menschlichen Lebensräume und Wirtschaftsgüter sowie die Nutzbarmachung des Wassers andererseits, kann nur durch ein sorgfältiges Abwägen in allen Planungsphasen gelöst werden. Meistens wird eine Kompromisslösung zu finden sein, da die ambivalenten Zielsetzungen niemals vollständig in Einklang zu bringen sind. Der Planer muss deshalb alle wichtigen Auswirkungen einer Baumaßnahme an einem Gewässer er­kennen, um überhaupt in der Lage zu sein, geeignete Lösungsvorschläge ausarbeiten zu können, die den ökologisch orientierten Zielsetzungen einer modernen Fließgewässerumgestaltung notwendige Beachtung schenken. In dieser Arbeit sollen insbesondere die konstruktiven und gestalterischen Möglichkeiten des Wasserbauingenieurs aufgezeigt werden, der, zumindest in der Vergangenheit, in seiner traditionell technisch orientierten Ausbildung meist nur unzureichend auf die Auswirkungen seiner Betätigung in Bezug auf die ökologischen bzw. naturschutzfachlichen Gesichtspunkte vorbereitet worden ist. Die vorliegende Ausarbeitung über den ökologisch orientierten (naturnahen) Wasserbau kann unmöglich alle Details wiedergeben, die mit einem Eingriff in ein Fließgewässer verbunden sind. Dazu ist dieser Themenbereich zu komplex, zu weitreichend und in wichtigen Punkten auch noch zu wenig erforscht. Das Ziel dieser Arbeit ist die Darstellung der wesentlichen Zusammenhänge, die als Basis für ein weitergehendes Studium dienen können.

Kapitel 2

Rechtlicher Rahmen

Die anthropogenen Nutzungsansprüche an Fließgewässern und Auen und der Flächenbedarf des wirtschaftenden Menschen einerseits und der nachhaltige Schutz der empfindlichen Lebensräume und der zum Hochwasserschutz erforderliche Wasserrückhalt andererseits erfordern ein Abwägen oft gegensätzlicher Interessen. Grundlage der dabei zu treffenden Entscheidungen ist ein umfangreiches rechtliches Regelwerk, das hier in seinen Grundzügen vorgestellt werden soll. Hierbei sollen insbesondere diejenige Rechtsnormen benannt werden, die bei Ausbau und Unterhaltung von Fließgewässern häufig von Bedeutung sind. Die dabei getroffene Auswahl ist mit Sicherheit nicht vollständig.

2.1 Europäische Rechtsnormen Die Umweltgesetzgebung der Mitgliedsstaaten wird zunehmend durch Richtlinien und Verordnungen der Europäischen Union (EU) beeinflusst, die nach gewissen Übergangszeiten in nationalstaatliches Recht umgesetzt werden müssen. Für die naturnahe Gestaltung und Unterhaltung von Fließgewässern und Auen ist von den europäischen Rechtsnormen insbesondere die • Richtlinie 2000/60/EG des Europäischen Parlaments und des Rates vom 23. Oktober 2000 zur Schaffung eines Ordnungsrahmens für Maßnahmen der Gemeinschaft im Bereich der Wasserpolitik – (Kurztitel: „Europäische Wasserrahmenrichtlinie“ – EG-WRRL); zuletzt geändert durch die Richtlinie 2008/32/EG vom 11. März 2008. zu nennen. Hinzu kommen aus den Themengebieten Hochwasser, Natur- und Landschaftsschutz u. a. folgende Richtlinien: • Richtlinie 2007/60/EC des Europäischen Parlaments und des Rates vom 23. Oktober 2007 (Kurztitel: „Hochwasserschutz-Richtlinie“) H. Patt, Naturnaher Wasserbau © Springer 2009

3

4

2  Rechtlicher Rahmen

• Richtlinie 79/409/EWG des Rates vom 2. April 1979 über die Erhaltung der wildlebenden Vogelarten, zuletzt geändert durch die Richtlinie 2006/105 vom 20. Dezember 2006 (Kurztitel: „Vogelschutz-Richtlinie“). • Richtlinie 92/43/EWG des Rates vom 21. Mai 1992 zur Erhaltung der natürlichen Lebensräume sowie der wildlebenden Tiere und Pflanzen, zuletzt geändert durch die RL 2006/105/EG vom 20. Dezember 2006 (Kurztitel: „FaunaFlora-Habitat-Richtlinie“, „FFH-Richtlinie“ oder „Habitat-Richtlinie“). Diese Aufstellung ist wegen weiterer Richtlinien, die ggf. zusätzlich zu berücksichtigen sind, und zwischenzeitlicher Neuregelungen jedoch nicht abschließend. Da die europäischen Rechtsnormen nicht unmittelbar gelten, haben diese für den Praktiker vor Ort, der i.d.R. nicht mit der Umsetzung der Richtlinie beauftragt ist, sondern mit konkreten Gestaltungen und Maßnahmen, eine untergeordnete Bedeutung. Nach der Rechtsprechung des Europäischen Gerichtshofes (EuGH) gelten die europäischen Rechtsnormen nur dann unmittelbar, wenn die Umsetzungsfristen abgelaufen sind und der Bürger aus der Richtlinie unmittelbare Vorteile bzw. eigene Rechte ableiten kann. Nach der vollständigen Umsetzung der europäischen Normen in nationalstaatliches Recht (u. a. Wasserhaushaltsgesetz, Hochwasserschutz-Gesetz, Bundesnaturschutzgesetz) spielt die Richtlinie für innerstaatliche Rechtsanwendungen keine Rolle mehr. Da die europäischen Rechtsnormen jedoch für das Verständnis der deutschen Regelungen wichtig sind, sollen deren Aufbau und Inhalte hier dennoch erläutert werden. Im folgenden Text sind z. T. Hinweise enthalten, wo sich die europäischen Regelungen im bundesdeutschen Recht wiederfinden.

2.1.1 EG-Wasserrahmenrichtlinie Die am 22. Dezember 2000 in Kraft getretene EG-Wasser­rahmen­richtlinie (EGWRRL) hat die Bedeutung von Ökologie und Naturschutz bei der Bewirtschaftung der Fließgewässer und damit auch im Hinblick auf die Fließgewässer­ ent­wicklung erheblich gestärkt (u. a. Keitz, von & Schmalholz, 2002; LAWA, 2000b). Neben dem nachhaltigen Schutz der natürlichen Wasserressourcen, dem Schutz vor Überschwemmungen und der Bereitstellung von Flächen für Freizeit und Erholung, stehen der Schutz, die Verbesserung und die Entwicklung der empfindlichen Lebensräume in und an Fließgewässern und Auen im Mittelpunkt nahezu aller in der Wasserrahmenrichtlinie formulierten Ziele. Auch sind zahlreiche Arbeiten, die zur Erreichung der Richtlinienziele sowie zur Überprüfung und Sicherung dieser Ziele durchgeführt werden müssen, von biotischen Parametern bzw. Verfahren geprägt. Die entsprechenden Verfahren waren in vielen Fällen im Zuge der Umsetzung erst neu zu entwickeln.

2.1  Europäische Rechtsnormen

5

Dazu zählen zum Beispiel: • Beschreibung der Fließgewässer, Festlegung der typspezifischen Randbedingungen, Ermittlung und Beurteilung der Auswirkungen (s. An­hang II der EG-WRRL). • Festlegung der Schutzgebiete (s. Anhang III der EG-WRRL) • Beschreibung des Zustands von Oberflächenwasser und Grundwasser, Über­ wachung der Oberflächengewässer, Einstufung und Darstellung des ökologischen Zustands (s. Anhang IV der EG-WRRL). • Inhalte der Maßnahmenprogramme (s. auch Anhang V der EG-WRRL) Inhalte der EG-Wasserrahmenrichtlinie Im Folgenden sollen die wichtigsten Bestimmungen der EG-Wasserrahmen­ richt­linie in aller Kürze dargestellt werden. Zur Straffung des Textes war es erforderlich, weitgehend auf Zitate aus dem Richtlinientext zu verzichten und die wichtigsten Inhalte der einzelnen Passagen frei zu formulieren. Das dabei die Sichtweise und etwaige Interpretationen der Autoren zum Tragen kommen, ist zu beachten. Weiterhin wurde in der Regel auf die Darstellung der zahlreichen Querverweise verzichtet. In den Fällen, in denen es auf die exakte Formulierung ankommt, ist daher immer die Originalfassung der Wasserrahmenrichtlinie heranzuziehen. Zeitrahmen der Umsetzung

Die in der Richtlinie enthaltenen unbestimmten Zeitangaben, „… Jahre nach Inkrafttreten der Richtlinie“, können heute, nach dem Inkrafttreten am 22. Dezember 2000, mit konkreten Zeitangaben belegt werden. Die wichtigsten Fristen sind im Text eingefügt und in Tabelle 2.1 nochmals als Übersicht dargestellt. Ziele (Art. 1 EG-WRRL) → [z.T. in § 1a WHG]

Als Ziele der Wasserrahmenrichtlinie werden genannt: • „Vermeidung einer weiteren Verschlechterung sowie Schutz und Verbesserung des Zustands aquatischer Ökosysteme und der direkt von ihnen abhängigen Landökosysteme und Feuchtgebiete im Hinblick auf deren Wasserhaushalt“. • „Förderung einer nachhaltigen Wassernutzung auf der Grundlage eines langfristigen Schutzes der vorhandenen Ressourcen“. • Stärkerer Schutz und Verbesserung der aquatischen Umwelt, u. a. durch schritt­weise Reduzierung von Einleitungen, Emissionen und Verlusten von prioritären Stoffen und prioritär gefährlichen Stoffen.

6

2  Rechtlicher Rahmen

• Sicherstellung einer schrittweisen Reduzierung der Verschmutzung des Grund­wassers. • Beitrag zur Minderung der Auswirkungen von Überschwemmungen und Dürren. Begriffsbestimmungen (Art. 2 EG-WRRL) → [s. § 1 WHG]

In diesem Artikel werden die in der Wasserrahmenrichtlinie verwendeten Be­­griffe erläutert. Viele bedürfen jedoch noch der weitergehenden Interpretation und werden voraussichtlich erst im Laufe der Zeit durch Kommentierungen u. a. endgültig definiert. Flussgebietsorientierte Bewirtschaftung (Art. 3 EG-WRRL) → [s. § 1b WHG]

Eine wichtige Änderung gegenüber den bisherigen Bewirtschaftungsstrukturen ist die flussgebietsorientierte Bewirtschaftung der Fließgewässer. Art. 3 EGWRRL enthält die dazu erforderlichen organisatorischen Festlegungen auf nationaler und internationaler Ebene. Umweltziele (Art. 4 EG-WRRL) → [s. §§ 25a ff WHG]

Die in den Bewirtschaftungsplänen für die Flussgebiete festgelegten Maßnahmenprogramme dienen der Erreichung von Umweltzielen. Dazu zählen u. a.: • bei Oberflächengewässern: – Verhinderung einer Verschlechterung des Zustands aller Oberflächenwasserkörper – Schützen, verbessern und sanieren aller Oberflächenwasserkörper mit dem Ziel einen „guten Zustand“ zu erreichen (Frist: 22. Dezember 2015). – Schützen und Verbessern aller „künstlichen und erheblich veränderten Wasserkörper“ mit dem Ziel ein „gutes ökologisches Potenzial“ und einen „guten chemischer Zustand“ der Oberflächenwasserkörper zu erreichen (Frist: 22. Dezember 2015). – Reduzierung der Verschmutzung durch prioritäre Stoffe sowie eine Beendigung von Einleitungen, Emissionen und Verlusten prioritärer gefährlicher Stoffe. • bei Grundwasser: – Verhinderung oder Begrenzung von Schadstoffeinleitungen in das Grundwasser, um eine Verschlechterung des Zustands zu verhindern. – Schützen, verbessern und sanieren aller Grundwasserkörper und gewährleisten eines Gleichgewichts zwischen Grundwasserentnahme und -neubildung mit dem Ziel, einen „guten Zustand“ des Grundwasserkörper zu erreichen.

2.1  Europäische Rechtsnormen

7

Tabelle 2.1  Fristen nach EG-Wasserrahmenrichtlinie (nach LAWA, 2002a) Artikel EG-WRRL

Fristen1)

Inkrafttreten

24

12/2000

Rechtliche Umsetzung – Erlass der Rechtsvorschriften – Bestimmung der zuständigen Behörden – Benennung der zuständigen Behörden gegenüber EU

23   3 (7) 3 (8)

12/2003 12/2003 6/2004

Bestandsaufnahme – Analyse der Merkmale eines Flussgebiets – Signifikante Belastungen erfassen und beurteilen – Wirtschaftliche Analyse der Wassernutzungen – Fortschreibung der Bestandsaufnahme

5 (1) 5 (1) 5 (1) 6 (2)

– Verzeichnis der Schutzgebiete

6 (1)

12/2004 12/2004 12/2004 12/2013 12/2019 12/2004

17 (1) 17 (4)

12/2002 12/2005

Grundwasser – Benennung von Maßnahmen zum Gewässerschutz (EU) – Kriterien für den chemischen Zustand und Trendumkehr auf nationaler Ebene (falls erforderlich) Überwachungsprogramme – Aufstellung und Umsetzung

8

12/2006

Bewirtschaftungsplan und Maßnahmenprogramm – Aufstellung und Veröffentlichung des Bewirtschaftungsplans – Aufstellung des Maßnahmenprogramms – Umsetzung der Maßnahmen – Fortschreibung des Maßnahmenprogramms3) – Fortschreibung des Bewirtschaftungsplans3)

13 (6) 11 (7) 11 (7) 11 (8) 13 (7)

12/2009 12/2009 12/2012 12/2015 12/2015

Information und Anhörung der Öffentlichkeit – Zeitplan und Arbeitsprogramm – Überblick über wichtige Wasserbewirtschaftungsfragen – Entwürfe des Bewirtschaftungsplans

14 (1a) 14 (1b) 14 (1c)

12/2006 12/2007 12/2008

4 (1a)

12/2015

4 (1b) 4 (1c) 4 (4)

12/2015 12/2015 12/2021 12/2027

Zielerreichung – Guter Zustand im Oberflächengewässer bzw. gutes ökologisches Potenzial – Guter Zustand im Grundwasser – Erfüllung der Ziele in Schutzgebieten – Fristverlängerungen für Zielerreichung Liste der prioritären Stoffe und prioritären gefährlichen Stoffe – Grenzwerte für Emissionen und Immissionen (EU) – Begrenzung von Emissionen und Immissionen (national, falls erforderlich) – Fortschreibung der Liste der prioritären Stoffe – Einstellung der Einleitungen, Emissionen und Freisetzungen prioritärer gefährlicher Stoffe Berücksichtigung der Kostendeckung

16 (8) 16 (8)

12/2002 12/2006

16 (3) 16 (6)

12/2004 202) Jahre

9 (1)

12/2010

Die Fristen beziehen sich auf die Berichtspflicht an die EU, für die Erstellung der Teilpläne in den Bearbeitungsgebieten sind z.T. deutlich kürzere Fristen anzusetzen. 2)  Nachdem Vorschläge zur Umsetzung der Vorgaben für prioritäre gefährliche Stoffe angenommen worden sind. 1) 

3) 

alle 6 Jahre

8

2  Rechtlicher Rahmen

– Umkehr von signifikanten und anhaltenden negativen Trends und eine schrittweise Reduzierung der Verschmutzung des Grundwassers. • bei Schutzgebieten: – Erfüllung aller Normen und Ziele auf deren Grundlage es zu Ausweisung der Schutzgebiete gekommen ist (Frist: 22. Dezember 2015). Die oben aufgeführten Umweltziele sollen in dem vorgeschriebenen Zeit­rah­ men erfüllt werden (s. Tabelle 2.1). Da das Erreichen der Umweltziele aufgrund besonderer Ausgangsbedingungen am Gewässer nicht immer möglich ist, sieht die Wasserrahmenrichtlinie Ausnahmen vor. Hierzu werden u. a. aufgeführt: • Einstufung eines Wasserkörpers als „künstlich“ oder „erheblich verändert“ (Art. 4 Abs. 3 EG-WRRL) • Verlängerung der Fristen zur Erreichung der Umweltziele (Art. 4 Abs. 4 EGWRRL) • Festlegung auf weniger strengere Umweltziele (Art. 4 Abs. 5 EG-WRRL) Um diese Ausnahmen nicht zur Regel werden zu lassen, sind mit der Inanspruch­ nahme bestimmte Vorbedingungen und weiterreichende Berichts­pflich­ten verknüpft. Diese umfassen u. a. sowohl eine Nennung der Ausnahmegründe im Bewirtschaftungsplan als auch eine Darstellung, wie in der verlängerten Frist die Umweltziele gem. Art. 4 EG-WRRL erreicht werden sollen. Ein Verstoß gegen die Bestimmungen der Richtlinie wird u. a. ausgeschlossen, wenn die Gründe auf … • eine Veränderung der physikalischen Eigenschaften eines Oberflächenwasserkörpers oder auf Änderungen des Pegels von Grundwasserkörpern oder • die Folge einer neuen nachhaltigen Entwicklung des Menschen zurück zu führen sind (näheres s. Art. 4 Abs. 6 und Abs. 7 EG-WRRL). Auch dazu gibt es eine Reihe von Bedingungen, die jedoch i. d. R. bei bedeutsamen Projekten (z. B. bei Hochwasserschutzmaßnahmen) erfüllt sind bzw. werden können. Merkmale der Flussgebietseinheit, Überprüfung der Umweltauswirkungen menschlicher Tätigkeiten und wirtschaftliche Analyse der Wassernutzung (Art. 5 EG-WRRL)

Die Festlegungen in diesem Artikel betreffen die Charak­terisie­rung der Flussgebietseinheiten, die Überprüfung der Auswir­kungen der menschlichen Tätigkeiten auf Ober­flächenwasser und Grundwasser sowie die wirtschaftliche Analyse der Wasser­nutzung. Die technischen Spezifikationen dazu finden sich in den Anhängen II und III der Wasserrahmenrichtlinie. Die Ergebnisse der ersten Festlegung sind bis spätestens 22. Dezember 2013 zu überprüfen und ggf. zu aktualisieren. Weitere Prüfungen sind dann alle sechs Jahre durch­ zuführen.

2.1  Europäische Rechtsnormen

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Verzeichnis der Schutzgebiete (Art. 6 EG-WRRL)

In diesem Artikel wird festgelegt, dass ein Verzeichnis erstellt wird, in dem diejenigen Oberflächenwasser- und Grundwasserkörper aufgeführt sind, für die ein besonderer Schutzbedarf festgestellt wurde. Diese Zusammenstellung muss auch die für die Trinkwassergewinnung bedeutsamen Wasserkörper und diejenigen Wasserkörper enthalten, die im Anhang IV (Schutzgebiete) der Wasserrahmenrichtlinie gesondert aufgeführt sind. Das Verzeichnis der Schutzgebiete soll regelmäßig überarbeitet und aktualisiert werden. Gewässer für die Entnahme von Trinkwasser (Art. 7 EG-WRRL)

Die hier zu findenden Bestimmungen regeln die Ermittlung, die Überwachung und den Schutz der für die Trinkwasserversorgung bedeutsamen Gewässer. Überwachung des Zustands des Oberflächengewässers, Grundwasser und Schutzgebiete (Art. 8 EG-WRRL)

Die Überwachung der Wasserkörper soll einen zusammenhängen­den und umfassenden Überblick über den Zustand der Gewässer in jeder Flussgebietseinheit ermöglichen. In diesem Artikel der EG-WRRL werden die Inhalte der entsprechenden Programme aufgeführt und vorgegeben, dass die entsprechenden Überwachungsstrukturen in der Regel bis spätestens 22. Dezember 2006 zur Anwendung kommen müssen. Bei der Umsetzung sind umfangreiche Anforderungen zu beachten, die im Anhang V der EG-WRRL aufgeführt sind. Kostendeckende Wasserpreise (Art. 9 EG-WRRL)

In diesem Artikel wird festgelegt, dass unter Zugrundelegung des Verursacherprinzips der Grundsatz der Deckung der Kosten der Wasserdienstleistungen einschließlich umwelt- und ressourcenbezogener Kosten zu berücksichtigen ist. Über die Gebührenpolitik sollen bis zum Jahr 2010 Anreize geschaffen werden, die eine effiziente Nutzung der Wasserressourcen fördern und somit zur Erreichung der Umweltziele der EG-WRRL beitragen. Auch sollen die verschiedenen Nutzer einen angemessenen Beitrag zur Deckung der Wasserdienstleistungen erbringen. Soziale, ökologische und wirtschaftliche Auswirkungen der Kostendeckung sowie geographische und klimatische Bedingungen können von den jeweiligen Mitgliedsstaaten berücksichtigt werden. Alle geplanten Schritte sind in den Bewirtschaftungsplänen darzustellen.

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2  Rechtlicher Rahmen

Kombinierter Ansatz für Punktquellen und diffuse Quellen (Art. 10 EG-WRRL)

Die Regelungen in diesem Artikel sollen dazu führen, dass die Einleitungen in Oberflächengewässer begrenzt werden. Der zu verwendende „kombinierte Ansatz“ schließt folgende Maßnahmen ein: • Emissionsbegrenzung auf der Grundlage der besten verfügbaren Technologien • Einhaltung einschlägiger Emissionsgrenzwerte • Begrenzung von diffusen Auswirkungen, ggf. die beste verfügbare Umweltpraxis. Hierbei sind u. a. auch die Bestimmungen anderer europäischer Richtlinien, die im Einzelnen im Text aufgeführt werden, sowie die Festlegungen der Richtlinien im Anhang IX der EG-WRRL, zu beachten. Als Frist für die Festlegungen ist der 22. Dezember 2012 vorgesehen, wenn nicht andere Richtlinien kürzere Fristen vorsehen. Die strengeren Bestimmungen sind dabei einzuhalten. Maßnahmenprogramme (Art. 11 EG-WRRL) → [s. § 36 WHG]

Die Maßnahmenprogramme dienen dazu, die Umweltziele gem. Art. 4 EGWRRL zu verwirklichen. Es wird zwischen grundlegenden und ergänzenden Maßnahmen unterschieden. Grundlegende Maßnahmen (Art. 11 Abs. 3 EG-WRRL) beinhalten zu erfüllende Mindestanforderungen und umfassen u. a. folgende Maßnahmen: • Begrenzung von Einleitungen aus Punktquellen und diffusen Quellen • Festlegungen im Hinblick auf Wirtschaftlichkeit bei Wasserdienstleistungen • Förderung einer effizienten und nachhaltigen Wassernutzung • Ermittlung und Schutz der Wasserkörper für die Trinkwassernutzung • Begrenzung der Entnahme von Oberflächensüßwasser bei einer Gefährdung der Umweltziele • Künstliche Anreicherungen oder Auffüllungen von Grundwasserkörpern • Vorgezogene Begrenzung von Einleitungen über Punktquellen und diffuse Quellen • Begrenzung der nach Art. 5 EG-WRRL und Anhang II festgestellten signifikanten anthropogenen Auswirkungen im Hinblick auf die Erreichung der Umweltziele gem. Art. 4 EG-WRRL (z. B. im Hinblick auf den hydromorphologischen Zustand der Wasserkörper). • Verbot einer direkten Einleitung von Schadstoffen, wobei in der Richtlinie zwischen Grundwasser und Oberflächenwasser unterschieden wird. Ergänzende Maßnahmen (Art. 11 Abs. 4 EG-WRRL) sind zusätzliche Maßnahmen, die zur Verbesserung der Chancen beitragen sollen, dass die vorgesehenen Umweltziele gem. Art. 4 EG-WRRL erreicht werden. Einige Maßnahmen sind

2.1  Europäische Rechtsnormen

11

im Anhang VI Teil B der EG-WRRL aufgeführt, wobei die dort befindliche Liste nicht abschließend sein soll. Die weiteren Ausführungen in Art. 11 EG-WRRL betreffen u. a.: • den Umgang mit den Überwachungsdaten, falls die Umweltziele voraus­ sichtlich nicht erreicht werden (Art. 11 Abs. 5 EG-WRRL) • das Verbot einer erhöhten bzw. zusätzlichen Verschmutzung der Oberflächenwasser und der Meeresgewässer (Art. 11 Abs. 6 EG-WRRL) • die zeitlichen Vorgaben (Aufstellung der Maßnahmenprogramme bis 22. Dezember 2009; Umsetzung in die Praxis spätestens bis zum 22. Dezember 2012) (Art. 11 Abs. 7 EG-WRRL) • Überprüfung der Maßnahmenprogramme bis spätestens 22. Dezember 2015; danach alle sechs Jahre und nötigenfalls Aktualisierung; Umsetzung von neuen oder aktualisierten Maßnahmen innerhalb von drei Jahren (Art. 11 Abs. 8 EG-WRRL). Probleme, die nicht auf der Ebene der Mitgliedsstaaten behandelt werden können (Art. 12 EG-WRRL)

In diesem Artikel der Wasserrahmenrichtlinie wird die Vorgehensweise bei einem grenzüberschreitenden Problem geregelt und die Rolle der Kommission bei der Lösungsfindung. Bewirtschaftungspläne für Einzugsgebiete (Art. 13 EG-WRRL)

Die Aufstellung von einzugsgebietsorientierten Bewirtschaftungsplänen ist eine wichtige Neuerung in der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie. Art. 13 EGWRRL regelt die Aufstellung derartiger Pläne, die Abgrenzungen unter den einzelnen Staaten der Europäischen Union sowie die Verfahrensweise bei internationalen Flussgebieten. Die Bewirtschaftungspläne enthalten die in Anhang VII zur EG-WRRL genannten Informationen. Die Möglichkeit einer Detaillierung des Bewirtschaftungsplans bzw. der Programme im Hinblick auf die Erfassung der Situation in kleineren Einzugsgebieten oder die Darstellung besonderer Aspekte der Wasserwirtschaft, Problembereiche, Gewässertypen u. a. wird ausdrücklich erwähnt (s. Krause et al., 2003). Die Bewirtschaftungspläne für die Einzugsgebiete sind bis spätestens 22. Dezember 2009 zu veröffentlichen, bis zum 22. Dezember 2015 zu überprüfen, und danach alle sechs Jahre zu prüfen und zu aktualisieren. Information und Anhörung der Öffentlichkeit (Art. 14 EG-WRRL)

Der wichtige Teilbereich „Öffentlichkeitsbeteiligung“ wird in diesem Artikel geregelt. Ziel ist es, dass die Aufstellung, Überprüfung und Aktualisierung

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2  Rechtlicher Rahmen

der Bewirtschaftungspläne von einer breiteren Öffentlichkeit begleitet werden (Art. 14 Abs. 1 EG-WRRL). Hierzu sieht die Richtlinie u. a. vor: • Vorlage eines Zeitplans und eines Arbeitsprogramms für die Aufstellung des Plans, einschließlich einer Erklärung über die zu treffenden Anhörungs­maß­ nahmen, und zwar spätestens drei Jahre vor Beginn des Zeitraums, auf den sich der Plan bezieht. • Erarbeitung eines vorläufigen Überblicks über die für das Einzugsgebiet festgestellten wichtigen Wasserbewirtschaftungsfragen, und zwar spätestens zwei Jahre vor Beginn des Zeitraums, auf den sich der Plan bezieht. • Vorlage der Entwürfe des Bewirtschaftungsplans für die Einzugsgebiete, und zwar spätestens ein Jahr vor Beginn des Zeitraums, auf den sich der Bewirtschaftungsplan bezieht. Auf Antrag soll auch Zugang zu Hintergrunddokumenten und -infor­mationen gewährt werden, die bei der Erstellung des Bewirt­schaf­tungs­planentwurfs herange­zogen wurden. Um eine aktive Einbeziehung und Anhörung zu ermöglichen, räumen die Mitgliedstaaten für schriftliche Bemerkungen zu diesen Unterlagen eine Frist von mindestens sechs Monaten ein. Berichterstattung (Art. 15 EG-WRRL)

Die Berichterstattung der Mitgliedsstaaten an die Kommission umfasst im Wesentlichen die Übergabe der Bewirtschaf­tungspläne. Diese müssen innerhalb von drei Monaten nach Veröffentlichung vorgelegt werden. Weiterhin sind drei Monate nach Fertigstellung zusammen­fassende Berichte der durchgeführten Analysen (s. Art. 5 EG-WRRL) und Überwachungsprogramme (s. Art. 8 EG-WRRL) zu übergeben. Alle drei Jahre sind Zwischenberichte zu übermitteln, in denen die Fortschritte, die bei der Durchführung des Maßnahmenprogramms erzielt wurden, darzustellen sind. Strategien gegen die Wasserverschmutzung (Art. 16 EG-WRRL)

Dieser Artikel der Richtlinie enthält Hinweise, wie die Wasser­ver­schmutzung durch ein­zelne Schadstoffe oder Schadstoffgruppen wirk­sam bekämpft werden soll. Die Maßnahmen zielen auf eine schritt­weise Reduzierung ab. In Bezug auf die prioritären Stoffe ist es das Ziel, Einleitungen, Emissionen und Verluste zu beenden oder schritt­weise einzustellen. Ins­be­sondere wird im Text der Richt­linie die Ausar­beitung und Fortschreibung einer Liste er­wähnt, die alle prio­­ritären Stoffe enthalten soll, die ein erhebliches Risiko für die aqua­ tische Umwelt darstellen. Die Vergabe der Prioritäten richtet sich nach dem Risiko, das von dem jeweiligen Stoff ausgeht. Die Bewertungskriterien bzw. die Ver­fahren nach dem die Risiko­be­wertung zu erfolgen hat, werden in der Richtlinie aufgeführt.

2.1  Europäische Rechtsnormen

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Wenn es die Ein­haltung des Zeitplans gem. Art. 4 EG-WRRL erforderlich macht, können Stoffe auf der Basis eines ver­ein­fach­ten, auf wissen­schaft­lichen Erkenntnissen beruhenden risikobezogenen Ver­fahrens als prioritär für Maß­ nahmen eingestuft werden (s. Art. 16 Abs. 2 EG-WRRL). Bei der Zusammenstellung der Liste der prioritär gefährlichen Stoffe sollen die einschlägigen Vorschriften der EU ebenso berücksichtigt werden, wie die Fest­legungen in entsprechenden internationalen Übereinkommen (Art. 16 Abs. 3 EG-WRRL). Die weiteren Ausführungen in Art. 16 EG-WRRL betreffen im Hinblick auf prioritäre Stoffe u. a.: • Überprüfung und Fortschreibung der Liste bis spätestens 22. Dezember 2004; danach mindestens alle vier Jahre (Art. 16 Abs. 4 EG-WRRL). • Bei der Erstellung der Liste sollen die einschlägigen Empfehlungen von Organisationen, die im Text der Richtlinie besonders benannt werden, berücksichtigt werden. Die Kommission hat aber auch allen anderen relevanten Informationen nach zu gehen (Art. 16 Abs. 5 EG-WRRL). • Erarbeitung von Vorschlägen für Begrenzungen der prioritären Stoffe (Art. 16 Abs. 6 EG-WRRL). • Festlegung auf Grenzwerte und Qualitäts­normen für Konzentrationen der prioritären Stoffe in Oberflächenwasser, Sedimenten und Biota (Art. 16 Abs. 7 EG-WRRL). Des Weiteren werden folgende Verfahrensregelungen getroffen: • Vorgehensweise bei Festlegung von Grenzwerten sowie die zeitliche Umsetzung der einzelnen Bestimmungen (Art. 16 Abs. 8 EG-WRRL) • Erarbeitung von Strategien gegen die Wasserverschmutzung durch andere Schadstoffe und Schadstoffgruppen durch die Kommission (Art. 16 Abs. 9 EG-WRRL) • Überprüfung der Begrenzungs­maß­nahmen gem. Anhang IX der EG-WRRL einschließlich etwaiger Aufhebungen (Art. 16 Abs. 10 EG-WRRL) • Liste der prioritären Stoffe wird Anhang X der EG-WRRL (Art. 16 Abs. 11 EG-WRRL) Strategien zur Verhinderung und Begrenzung der Grundwasserver­schmutzung (Art. 17 EG-WRRL)

In diesem Artikel wird die Möglichkeit geschaffen, dass das Europäische Parlament und der Rat spezielle Maßnahmen zur Verhinderung und Be­grenzung der Grundwasserverschmutzung erlassen kann. Bericht der Kommission (Art. 18 EG-WRRL)

Die Kommission hat einen Bericht über die Umsetzung der Richtlinie vorzu­ legen, der u. a. folgende Detailinformationen enthalten soll:

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2  Rechtlicher Rahmen

• Überblick über den Stand der Umsetzung der Wasser­rahmenricht­linie • Zustand von Oberflächen- und Grundwasser in der Gemeinschaft • Vorgelegte Bewirtschaftungspläne einschließlich Empfehlungen für die Verbesserung zukünftiger Pläne • Stellungnahme zu allen Berichten und Empfehlungen der National­staaten, welche die Probleme auf Ebene mehrerer Mitgliedsstaaten betreffen (s. Art. 12 EG-WRRL) • Zusammenfassung aller entwickelten Vorschläge, Begrenzungs­maß­nahmen und Strategien auf der Basis des Art. 16 EG-WRRL („Strategien gegen die Wasserverschmutzung“) • Zusammenfassung der Antworten auf Bemerkungen des Europäischen Parlaments und des Rates zu früheren Berichten über die Umsetzung Die Kommision hat ferner in festgelegten zeitlichen Abständen, Berichte und Zwischenberichte über den Stand der Umsetzung zu veröffentlichen. Auch ist vorgesehen, dass im Berichtzyklus eine Kon­ferenz veranstaltet werden soll, die der Kommentierung des Durchführungsberichts der Kommission und dem Erfahrungsaustausch dient. Pläne für zukünftige Maßnahmen der Gemeinschaft (Art. 19 EG-WRRL)

In diesem Artikel wird festgelegt, dass die Kommission jährlich einen Bericht über die in naher Zukunft geplanten Maßnahmen vorzulegen hat. Ausdrücklich genannt werden Vorschläge, Begrenzungsmaßnahmen und Strategien, welche den Komplex der prioritären Stoffe betreffen. Es wird auch festgelegt, dass die Kommission die EG-Wasser­rah­men­richt­ linie bis spätestens 22. Dezember 2019 überprüft und ggf. erforderliche Än­ derungen vorschlägt. Technische Anpassungen dieser Richtlinie (Art. 20 EG-WRRL)

Die Ausführungen in diesem Artikel betreffen die Anpassung verschiedener Anhänge an den wissenschaftlichen und technischen Fortschritt und die dabei einzuhaltende Verfahrensweise. Regelungsausschuss (Art. 21 EG-WRRL)

Die Kommission wird durch einen Regelungsausschuss unterstützt.

2.1  Europäische Rechtsnormen

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Aufhebung von Rechtsakten und Übergangsbestimmungen (Art. 22 EG-WRRL)

In diesem Artikel werden Regelungen getroffen, welche die Aufhebung bisher gültiger Rechts­akte (Richtlinien, Entscheidungen) der Europäischen Union betreffen bzw. entsprechende Übergangsbestimmungen festlegen. Sanktionen (Art. 23 EG-WRRL)

Die Mitgliedsstaaten sind gehalten, Sanktionen festzulegen, die bei einem Verstoß gegen die Bestimmungen der Richtlinie greifen. Diese müssen wirksam, angemessen und abschreckend sein. Umsetzung (Art. 24 EG-WRRL)

Hier wird festgelegt, dass die Mitgliedsstaaten die erforderlichen Rechts- und Verwaltungsvorschriften erlassen sollen, so dass den Bestimmungen der EGWasserrahmenrichtlinie ab dem 22. Dezember 2003 in den einzelnen Mitgliedsstaaten nachgekommen werden kann. Inkrafttreten (Art. 25 EG-WRRL)

Die Richtlinie ist am Tag ihrer Veröffentlichung in Kraft getreten. Das war der 22. Dezember 2000. Adressaten (Art. 26 EG-WRRL)

Die Richtlinie gilt für die Mitgliedsstaaten der Europäischen Union. Anhänge zur Europäischen Wasserrahmenrichtlinie Von besonderer Bedeutung für die Umsetzung der EG-Wasserrahmen­richt­linie sind die Festlegungen, die in den Anhängen I bis XI zur Richtlinie getroffen werden. Dort ist im Einzelnen folgendes geregelt: Anhang I: Informationen für die Erstellung der Liste der zuständigen Behörden

In diesem Anhang wird festgelegt, welche Informationen über diejenigen Behörden vorzulegen sind, die für eine Flussgebietseinheit zuständig sind.

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2  Rechtlicher Rahmen

Anhang II:

In Anhang II wird zwischen Oberflächenwasser und Grundwasser unterschieden. Im Hinblick auf Oberflächengewässer sind Regelungen zu folgenden Themenbereichen zu finden: • Beschreibung und Typen der Oberflächenwasserkörper (Abschn. 1.1) – Die Oberflächenwasserkörper werden innerhalb eines Einzugsgebiets in die Kategorien Flüsse, Seen, Übergangsgewässer und Küstengewässer oder künstliche Oberflächenwasserkörper oder erheblich veränderte Oberflächenwasserkörper eingeordnet. – In jeder Kategorie sind die Oberflächenwasserkörper nach Typen zu unterscheiden. Die unterschiedlichen Typen – nach System A oder B unterteilt – enthält Abschn. 1.2. – Bei Anwendung von System A, hat zunächst eine Unterscheidung nach geografischen Gebieten zu erfolgen. Zur Einordnung gibt es in Anhang XI der EG-WRRL entsprechende Karten. Die Wasserkörper sind dann für jede Ökoregion entsprechend der Spezifikationen des Systems A in Abschn. 1.2 einzuordnen. – Bei Anwendung von System B, ist sicherzustellen, dass mindestens die Detaillierung von System A erreicht wird. Es ist auch hier wieder eine Unterscheidung nach Gewässertypen vorzunehmen. Die einzelnen Typen sind mit Hilfe der aufgeführten Parameter (in der Richtlinie werden sie Deskriptoren genannt) bzw. Parameterkombinationen so zu beschreiben, dass typspezifische Referenzbedingungen zuverlässig abgeleitet werden können. – Bei künstlichen oder erheblich veränderten Oberflächenwasserkörpern ist die Unterscheidung anhand der Parameter für diejenigen Oberflächenwasserkörperkategorien vorzunehmen, die dem betreffendem Wasserkörper am ähnlichsten sind. – Die Mitgliedsstaaten übermitteln der Kommission entsprechendes Kartenmaterial (im GIS-For­mat) mit der geografischen Lage der Typen im erforderlichen Feinheitsgrad. • Ökoregionen und Arten von Oberflächenwasserkörpern (Abschn. 1.2) In diesem Abschnitt finden sich die entsprechenden Parameter für die Beschreibung nach System A oder System B. Unterschieden wird jeweils zwischen Flüssen, Seen, Übergangsgewässern und Küstengewässern. Beim System A wird zwischen den Parametern „Ökoregion“ (nach Karte A in Anhang XI) und „Typ“ (u. a. Höhenlage, Tiefe, Größe, Geologie) unterschieden, während bei System B zwischen obligatorischen Faktoren (Höhe, geographische Breite und Länge, Geologie, Größe) und optionalen Fak­toren (z. B. für Fließgewässer – Abschn. 1.2.1: Strömungsenergie, durch­ schnittliche Wasserbreite, Wassertiefe, Wassergefälle, Form und Ge­stalt des Hauptflussbettes, Fluss-(Durchfluss-)klasse, Talform, Feststofffracht, Säurebindungsvermögen, durchschnittliche Zusammensetzung des Substrats, Schwankungsbereich der Lufttemperatur, Niederschlag). Entsprechende Parameter gibt es, jeweils getrennt für die Systeme A und B, auch für Seen

2.1  Europäische Rechtsnormen

•

•

•

17

(Abschn. 1.2.2), Übergangsgewässer (Abschn. 1.2.3) und Küstengewässer (Abschn. 1.2.4). Festlegung der typenspezifischen Referenzbedingungen für Arten von Ober­ flächenwasserkörpern (Abschn. 1.3) Es werden u. a. folgende Festlegungen getroffen: – Für jeden Oberflächenwasserkörper sind – entsprechend der Qualitäts­­ komponenten in Anhang V – typspezifische hydromorphologische und physikalisch-chemische Bedingungen festzulegen, die dem „sehr guten ökologischen Zustand“ entsprechen. – Bei Anwendung der Verfahren auf „erheblich veränderte“ oder „künst­ liche“ Oberflächenwasserkörper ist es erforderlich, die Be­ding­ungen für das „gute ökologische Potenzial“ festzulegen. – Die o.a. Bedingungen können raumbezogen oder modellbasiert abgeleitet werden. Kombinationen beider Verfahren sind möglich. – Für raumbezogene typspezifische biologische Rahmenbedingungen ist von den Mitgliedsstaaten ein Bezugsnetz zu entwickeln, das eine ausreichende Anzahl von Stellen mit „sehr gutem Zustand“ umfassen muss, um ein ausreichendes Maß an Zuverlässigkeit für die Referenzbedingungen sicher zu stellen. – Modellbasierte typspezifische biologische Referenzbedingungen können entweder aus Vorhersagemodellen oder durch Rückberechnungsverfahren abgeleitet werden. Es muss auch hier sichergestellt werden, dass die abgeleiteten Bedingungen für jede Art von Oberflächenwasserkörper zutreffend und stichhaltig sind. – Können zuverlässige Referenzbedingungen für eine Komponente nicht festgelegt werden, kann diese von der Beurteilung ausgeklammert werden. Die Gründe sind im Bewirtschaftungsplan darzulegen. Ermittlung der Belastungen (Abschn. 1.4) Bei der Ermittlung der Belastungen geht es um die Erhebung und Aufbewahrung von Daten über die Art und das Ausmaß der signifikanten an­thro­ pogenen Belastungen, denen die Oberflächenwasserkörper unterliegen können (Ernstberger et al., 2003). Beurteilung der Auswirkungen (Abschn. 1.5) Die Mitgliedsstaaten beurteilen auf der Basis der gem. Abschn. 1.4 gesammelten Informationen und anderer einschlägiger Informationen, wie wahrscheinlich es ist, dass die Oberflächenwasserkörper die Umweltziele gem. Art. 4 EG-WRRL nicht erreichen. Die Gründe sollen dargestellt werden, damit die Überwachungsprogramme (Art. 8 EG-WRRL) und die Maßnahmenprogramme (Art. 11 EG-WRRL) optimiert werden können.

Für Grundwasser bzw. den Grundwasserkörpern (Abschn. 2) sind folgende Verfahrensschritte bzw. Festlegungen in der Anlage enthalten: • Erstmalige Beschreibung (Abschn. 2.1) • Weitergehende Beschreibung (Abschn. 2.2) • Prüfung der Auswirkungen menschlicher Tätigkeiten auf das Grundwasser (Abschn. 2.3)

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2  Rechtlicher Rahmen

• Prüfung der Auswirkungen von Veränderungen des Grundwasserspiegels (Abschn. 2.4) • Überprüfung der Auswirkungen der Verschmutzung auf die Qualität des Grundwassers (Abschn. 2.5) Anhang III: Wirtschaftliche Analyse

In diesem Anhang werden die Voraussetzungen zur Durchführung einer wirtschaftlichen Analyse beschrieben. Insbesondere wird auf eine ausreichende Detaillierung der Informationen hingewiesen, damit … • die einschlägigen Berechnungen durchgeführt werden können, die erforderlich sind, um dem Grundsatz der Deckung der Kosten der Wasserdienstleistungen unter Berücksichtigung der langfristigen Voraussagen für das Angebot und die Nachfrage von Wasser Rechnung tragen zu können und • die in Bezug auf die Wassernutzung kosteneffizientesten Kombinationen des Maßnahmenprogramms (Art. 11 EG-WRRL) auf der Grundlage von Schätzungen ihrer potenziellen Kosten beurteilen zu können. Anhang IV: Schutzgebiete

In diesem Anhang werden die Arten von Schutzgebieten beschrieben, die in das aufzustellende Verzeichnis aufgenommen werden müssen. Dazu gehören u. a. Gebiete, die … • der Gewinnung von Trinkwasser dienen, • wirtschaftlich bedeutende aquatische Arten enthalten, • als Erholungsgebiete ausgewiesen sind (darunter auch Badegewässer), • nährstoffsensibel sind oder • zum Schutz von Lebewesen oder Arten ausgewiesen wurden. Anhang V:

Dieser umfangreiche Anhang enthält Festlegungen bzw. Kriterien, die bei der Beschreibung des ökologischen Zustands der Oberflächengewässer (Abschn. 1) und des Grundwassers (Abschn. 2) zugrunde gelegt werden müssen. Bezüglich der Oberflächengewässer werden folgende Festlegungen getroffen: • Qualitätskomponenten für die Einstufung des ökologischen Zustands (Abschn. 1.1) Dieser Abschnitt enthält eine detaillierte Darstellung der Qualitätskompo­ nenten, die für die Einstufung zu verwenden sind. Diese werden für die ver­ schiedenen Arten von Oberflächenwasserkörpern, d.h. – Flüsse (Abschn. 1.1.1) – Seen (Abschn. 1.1.2) – Übergangsgewässer (Abschn. 1.1.3)

2.1  Europäische Rechtsnormen

19

– Küstengewässer (Abschn. 1.1.4) sowie – künstliche und stark veränderte Oberflächenwasserkörper getrennt aufgeführt. Hinsichtlich der Qualitätskomponenten wird zwischen biologischen, hydromorphologischen, chemischen und physikalisch-chemischen Komponenten (in Unterstützung der biologischen Komponenten) sowie spezifischen Schadstoffen unterschieden. Als Qualitätskomponenten für „künstliche und stark veränderte“ Oberflä­ chen­wasserkörpern werden diejenigen Komponenten der ersten vier Arten von Oberflächenwasserkörpern herangezogen, die dem betreffenden erheb­­ lich veränderten oder künstlichen Wasserkörper am ähnlichsten sind (Abschn. 1.1.5) • Normative Begriffsbestimmungen zur Einstufung des ökologischen Zustands (Abschn. 1.2) Dieser Abschnitt enthält für die oben angeführten Arten von Oberflächenwasserkörpern (Flüsse, Seen usw.) eine – Allgemeine Begriffsbestimmungen für den Zustand von Flüssen, Seen, Übergangs- und Küstengewässern sowie, jeweils unterschieden nach Flüssen, Seen, Übergangsgewässern, Küstengewässern, – Begriffsbestimmungen für den sehr guten, guten und mäßigen ökologischen Zustand von Flüssen (auf der Basis biologischer, hydromorphologischer sowie physikalisch-chemischer Qualitätskomponenten) und für „erheblich veränderte oder künstliche“ Wasserkörper – Begriffsbestimmungen für das höchste, das gute und das mäßige ökolo­gi­ schen Potenzial (u. a. auf der Basis biologischer, hydromorphologischer,­ physikalisch-chemischer Qualitätskomponenten sowie spezifischer Schad­ stoffe) Weiterhin sind „Verfahren zur Festlegung chemischer Qualitätsnormen durch die Mitgliedsstaaten“ (Abschn. 1.2.6) enthalten. • Überwachung des ökologischen und des chemischen Zustands der Oberflächengewässer (Abschn. 1.3) Im Einzelnen werden in diesem Abschnitt folgende Regelungen getroffen: – Gestaltung der „überblicksweisen“ Überwachung (Abschn. 1.3.1) – Gestaltung der operativen Überwachung (Abschn. 1.3.2) – Überwachung zu Ermittlungszwecken (Abschn. 1.3.3) – Überwachungsfrequenz (Abschn. 1.3.4) – Zusätzliche Überwachungsanforderungen für Schutzgebiete (Abschn. 1.3.5) – Normen für die Überwachung der Qualitätskomponenten (Abschn. 1.3.6) • Einstufung und Darstellung des ökologischen Zustands (Abschn. 1.4) Hierzu zählen folgende Detailregelungen: – Vergleichbarkeit der Ergebnisse der biologischen Überwachung (Abschn. 1.4.1) In diesem Abschnitt werden u. a. die Voraussetzungen geschaffen, dass

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2  Rechtlicher Rahmen

–



–

die Einstufungen der jeweiligen Mitgliedsstaaten miteinander verglichen werden können. Hierzu sollen die Ergebnisse als „ökologische Qualitätskomponenten“ auf der Basis einer fünfstufigen Skala dargestellt werden. Der Quotient liegt zwischen „1“ („sehr guter ökologischer Zustand“) und „0“ („schlechter ökologischer Zustand“). Auch wird der Aufbau eines „Interkalibrierungsnetzes“ gefordert, so dass die Grenzwerte zwischen den einzelnen Qualitätsstufen („sehr guter“, „guter“ und „mäßiger Zustand“) in den einzelnen Mitgliedsstaaten verglichen werden können. Darstellung der Überwachungsergebnisse und Einstufung des ökologischen Zustands und des ökologischen Potenzials (Abschn. 1.4.2) Zur Darstellung des ökologischen Zustands der Wasserkörper wird die in Tabelle 2.2 darstellte Farbkennung eingeführt. Hierbei wird aus der biologischen und der physikalisch-chemischen Überwachung der jeweils niedrigere Wert dargestellt. „Erheblich veränderte“ und „künstliche“ Wasserkörper erhalten die in Tabelle 2.3 gezeigte Farbkennung. Durch „schwarze“ Punkte werden diejenigen Wasserkörper gekennzeichnet, bei denen das Nichterreichen eines guten Zustands oder eines guten ökologischen Potenzials darauf zurückzuführen ist, dass die festgelegten Umweltqualitätsnormen hinsichtlich der spezifischen Schadstoffe nicht erreicht werden. Darstellung der Überwachungsergebnisse und Einstufung des chemischen Zustands (Abschn. 1.4.3)

Für das Grundwasser (Abschn. 2) beinhalten die einzelnen Unterabschnitte folgende Regelungen: • Mengenmäßiger Zustand des Grundwassers (Abschn. 2.1) • Überwachung des mengenmäßigen Zustands des Grundwassers (Abschn. 2.2) • Chemischer Zustand des Grundwassers (Abschn. 2.3) • Überwachung des chemischen Zustands des Grundwassers (Abschn. 2.4) • Darstellung des Grundwasserzustands (Abschn. 2.5)

Tabelle 2.2  Farbkennung zur Darstellung des ökologischen Zustands und des ökologischen Potenzials Einstufung des ökologischen Zustands

Farbkennung

sehr gut

blau

gut

grün

mäßig

gelb

unbefriedigend

orange

schlecht

rot

2.1  Europäische Rechtsnormen

21

Tabelle 2.3  Farbkennung zur Darstellung des ökologischen Zustands und des ökologischen Potenzials von „erheblich veränderten“ und „künstlichen“ Wasserkörpern Farbkennung Einstufung des ökologischen Potenzials

Künstliche Wasserkörper

Erheblich veränderte Wasserkörper

gut und besser

gleich große grüne und hellgraue Streifen

gleich große grüne und dunkelgraue Streifen

mäßig

gleich große gelbe und hellgraue Streifen

gleich große gelbe und dunkelgraue Streifen

unbefriedigend

gleich große orangefarbene und hellgraue Streifen

gleich große orangefarbene und dunkelgraue Streifen

schlecht

gleich große rote und hellgraue Streifen

gleich große rote und dunkelgraue Streifen

Hinsichtlich der Kennzeichnung des chemischen Zustands gilt folgende Farbkennung (Tabelle 2.4): Tabelle 2.4  Farbkennung zur Darstellung des chemischen Zustands Einstufung des chemischen Zustands

Farbkennung

gut

blau

nicht gut

rot

Anhang VI: Liste von Maßnahmen, die in die Maßnahmenprogramme aufzunehmen sind

Dieser Anhang enthält eine Auflistung geltender europäischer Richtlinien, wie z. B. die Habitatrichtlinie, die Vogelschutzrichtlinie, die Richtlinie über Badegewässer, die Richtlinie über die Umweltverträglichkeitsprüfung, welche die Grundlage für Maßnahmen bilden (Teil A) und eine Liste mit möglichen ergänzenden Maßnahmen (Teil B). Diesbezüglich werden als mögliche Instrumente im Rahmen der Maßnahmenprogramme u. a. genannt: Rechtsinstrumente, administrative Instrumente, wirtschaftliche oder steuerliche Instrumente, Aushandlung von Umweltabkommen, Entnahmebegrenzungen, Fortbildungsmaßnahmen, Forschungs-, Entwicklungs- und Demonstrationsvorhaben. Anhang VII: Bewirtschaftungspläne für die Einzugsgebiete

Bei der Erstellung der Bewirtschaftungspläne sind bestimmte Vorgaben zu berücksichtigen, die in diesem Anhang näher beschrieben werden.

22

2  Rechtlicher Rahmen

Unter Punkt A werden bei der „Allgemeinen Beschreibung der Oberflächengewässer“ (Abschn. 1.1) genannt: • Kartierung der Lage und Grenzen der Wasserkörper • Kartierung der Ökoregionen und Oberflächenwasserkörpertypen im Einzugsgebiet sowie • Ermittlung von Bezugsbedingungen für die Oberflächenwasserkörpertypen Für Grundwasser (Abschn. 1.2) ist eine • Kartierung der Lage und Grenzen der Grundwasserkörper vorzunehmen. Des Weiteren soll im Bewirtschaftungsplan enthalten sein: • Zusammenfassung der signifikanten Belastungen und anthropogenen Einwirkungen auf den Zustand von Oberflächen- und Grundwasser (Abschn. 2) • Ermittlung und Kartierung der Schutzgebiete (Abschn. 3) • Karte der Überwachungsnetze und Darstellung der Ergebnisse der Überwachungsprogramme (Abschn. 4) • Liste der Umweltziele gem. Art. 4 EG-WRRL für Oberflächengewässer, Grund­wasser und Schutzgebiete (Abschn. 5) • Zusammenfassung der wirtschaftlichen Analyse des Wassergebrauchs (Abschn. 6) • Zusammenfassung der Maßnahmenprogramme (Abschn. 7) • Verzeichnis etwaiger detaillierter Programme und Bewirtschaftungspläne (Abschn. 8) • Zusammenfassung der Maßnahmen zur Information und Anhörung der Öffentlichkeit (Abschn. 9) • Liste der zuständigen Behörden (Abschn. 10) • Anlaufstellen und Verfahren für die Beschaffung der Hintergrunddokumente und -informationen (Abschn. 11) Außerdem sind die folgenden, im Anhang unter Punkt B aufgeführten, Anforderungen zu erfüllen: • Zusammenfassung jeglicher Änderungen oder Aktualisierungen seit Veröffentlichung der vorangegangenen Fassung des Bewirtschaftungsplans einschließlich einer Zusammenfassung der Überprüfungen • Bewertung der Fortschritte zur Erfüllung der Umweltziele, einschließlich einer Darstellung der Überwachungsergebnisse für den Zeitraum des vor­ angegangenen Jahrs in Kartenform, und eine Begründung für das Nichterreichen eines Umweltziels. • Zusammenfassung und Begründung von Maßnahmen, die in einer früheren Fassung des Bewirtschaftungsplans vorgesehen waren, aber nicht in die Praxis umgesetzt wurden. • Zusammenfassung zusätzlicher einstweiliger Maßnahmen, die seit Veröffentlichung der vorherigen Fassung des Bewirtschaftungsplans verabschiedet wurden.

2.1  Europäische Rechtsnormen

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Anhang VIII: Nichterschöpfendes Verzeichnis der wichtigsten Schadstoffe

Dieser Anhang enthält eine Liste der wichtigsten Schadstoffe. Diese Liste wird ständig ergänzt und aktualisiert. Anhang IX: Emissionsgrenzwerte und Umweltqualitätsnormen

Hier werden die Tochterrichtlinien aufgeführt, welche die „Emissionsgrenzwerte“ und „Qualitätsziele“ enthalten, die als „Emissionsgrenzwerte“ bzw. „Umweltqualitätsnormen“ auch für die Wasserrahmenrichtlinie gelten. Anhang X: Prioritäre Stoffe

Hier werden die prioritären Stoffe aufgeführt. Anhang XI: Karte A und Karte B

Karte A enthält – jeweils für das System A – eine Übersicht der Ökoregionen für Flüsse und Seen, während Karte B diejenigen für Übergangsgewässer und Küstengewässer zeigt.

2.1.2 Europäische Naturschutzrichtlinien Bei baulichen Gestaltungen sowie Pflege- und Unterhaltsmaßnahmen an Fließgewässern sind in erster Linie die folgenden europäischen Naturschutzrichtlinien zu beachten: • „Richtlinie des Rates vom 2. April 1979 über die Erhaltung der wildlebenden Vogelarten“ (79/409/EWG), zuletzt geändert durch die RL 2006/105/EG vom 20. Dezember 2006 (Kurztitel: „Vogelschutz-Richtlinie“) • „Richtlinie 92/43/EWG des Rates zur Erhaltung der natürlichen Lebensräume sowie der wildlebenden Tiere und Pflanzen“, zuletzt geändert durch die RL 2006/105/EG vom 20. Dezember 2006 (Kurztitel: „Fauna-Flora-Habitat-Richtlinie“; jedoch auch als „FFH-Richt­linie“ oder als „Habitat-Richtlinie“ be­kannt). Eine Beurteilung hinsichtlich der Relevanz der Bestimmung der EG-Wasserrahmenrichtlinie auf die Vogel- und FFH-Richtlinie findet sich u. a. bei Newbold (1998).

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2  Rechtlicher Rahmen

Schutzgebiete – NATURA 2000 Die beiden o.a. Richtlinien bilden den rechtlichen Rahmen zum Schutze des sogenannten „europäischen Naturerbes“. Ziel ist es, ein zusammenhängendes ökologisches Netz von Schutzgebieten im Vertragsbereich der EU zu schaffen. Dieses Netzwerk (bekannt als „NATURA 2000“) soll sich zusammensetzen aus: • Schutzgebieten von gemeinschaftlicher Bedeutung (SCI – sites of community importance). Dazu gehören: – Besondere Schutzgebiete im Sinne der Vogelschutz-Richtlinie (SPA – special protection area) und – Besondere Schutzgebiete im Sinne der FFH-Richtlinie (SAC – special area of conservation) Detaillierte Hinweise zur Umsetzung dieser Richtlinien in die Planungspraxis finden sich bei BfN (1998c). Richtlinie über die Erhaltung der wildlebenden Vogelarten Das Ziel der Vogelschutz-Richtlinie (Art. 1 Vogelschutz-RL) ist die Erhaltung sämtlicher wildlebender, im Vertrags­bereich heimischer Vogelarten, deren Schutz, Bewirtschaftung, Regulierung und Nutzung. Die Richtlinie gilt nicht nur für Vögel, sondern auch für deren Eier, Nester und Lebensräume. Nach Art. 3 Vogelschutz-RL sollen für alle geschützten Vogelarten Schutz­ gebiete eingerichtet und gemeldet werden. Die geeignetsten Gebiete davon sollen dann gem. Art. 4 Vogelschutz-RL im Hinblick auf die Ziel­setzun­gen in Natura 2000 zu besonderen Schutz­gebieten erklärt werden (SPA – special protection area). Wirt­schaftliche und freizeitbedingte Erfordernisse bleiben dabei unberücksichtigt. Fauna-Flora-Habitat-Richtlinie Zielsetzung der FFH-Richtlinie ist die Sicherung der Artenvielfalt durch die Er­haltung der natürlichen Lebensräume sowie der wildlebenden Pflanzen und Tiere (Art. 2 Abs. 1 FFH-RL). Um „einen günstigen Erhaltungszustand natürlicher Lebensräume und wild­ lebender Tier- und Pflanzenarten von gemeinschaftlichem Interesse zu bewahren oder wiederherzustellen“ sind entsprechende Maßnahmen zu er­greifen (Art. 2 Abs. 2 FFH-RL). Bei diesen Maßnahmen ist den An­for­derungen von Wirtschaft, Gesellschaft und Kultur sowie den regionalen und örtlichen Besonderheiten Rechnung zu tragen (Art. 2 Abs. 3 FFH-RL). Die Lebensräume und Tier- und Pflanzenarten sind in den Anhängen I, II, IV und V der FFH-RL aufgeführt. Anhang I enthält z. B. rund 83 in Mittel­

2.1  Europäische Rechtsnormen

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europa vorkommende Lebensräume, während in Anhang II höhere Pflan­ zenarten Mitteleuropas aufgeführt werden. Wasserwirtschaftlich relevante Lebensraumtypen

Im Anhang I der FFH-Richtlinie finden sich u. a. folgende Lebensraumtypen, die ggf. bei Ausbaumaßnahmen sowie bei der Pflege und Unterhaltung von Fließgewässern von Be­deutung sein können (* = prioritärer Lebensraum): • Kalktuff-Quellen (Cratoneurion)* • Kalkreiche Sümpfe mit Cladium mariscus (Schneideried) und Carex davalliana* (Davall-Segge) • Alpine Flüsse und ihre krautige Ufervegetation • Alpine Flüsse und ihre Ufervegetation mit Myricaria germanica (Tamariske) • Alpine Flüsse und ihre Ufergehölze mit Salix eleagnos (Lavendel-Weide) • Restbestände von Erlen- und Eschenwäldern an Fließgewässern (Alnion glutinosae incanae, inklusive Weichholzauen)* • Eichen-, Ulmen-, Eschen-Mischwälder am Ufer großer Flüsse (Hartholzauen) • Feuchte Hochstaudenfluren • Unterwasservegetation in Fließgewässern der Submontanstufe und der Ebene • Oligo- bis mesotrophe kalkhaltige Gewässer mit benthischer Vegetation mit Armleuchteralgen (Characeae) • Mesotrophe Gewässer mit Zwergbinsenfluren oder zeitweilig trocken fallenden Ufern (Nanocyperetalia) • Natürliche eutrophe Seen mit Verlandungsvegetation • Lebende Hochmoore* • Übergangs- und Schwingrasenmoore Verpflichtungen im Zusammenhang mit der FFH-Richtlinie Für die Mitgliedsstaaten der Europäischen Union besteht eine recht­liche Ver­ pflichtung, schutzwürdige Gebiete (FFH-Gebiete) nach na­turschutzfachlichen Kriterien zu beurteilen, zu melden und ggf. auszuweisen. Wirt­schaft­­liche Erwägungen dürfen nicht dazu führen, dass Schutzgebiete nicht gemeldet werden. Schutzwürdige Gebiete sind von den Mit­glieds­staaten der EG-Kom­mis­sion zu melden. In der Bun­des­repu­blik Deutschland benennen die Bundesländer entsprech­ende Gebiete den zustän­digen Bundes­behörden. Die Meldungen werden gesammelt und dann weiterge­leitet (näheres siehe auch BfN, 1998c, 2000b und 2001b). Die entsprechenden deutschen Regelungen finden sich in den §§ 32 bis 38 BNatSchG (s. Kap. 2.6).

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2  Rechtlicher Rahmen

Ein gemeldetes Gebiet, das in signifikantem Maße dazu beiträgt, Lebens­ raumtypen des Anhanges I oder Arten des An­hanges II in einem günstigen Er­haltungszustand zu bewahren oder einen solchen wieder her­zustellen und zum „Natura 2000-Netz“ beiträgt, muss als Gebiet von gemeinschaftlicher Bedeutung ausgewiesen werden. Diese besonderen Schutz­gebiete werden als FFHGebiete oder SAC-Gebiete („special area of conse­r­vation“) bezeichnet. Arten und Lebensräume, deren Schutz besondere Priorität erhalten sollen und deren Erhaltung für die Gemeinschaft von besonderer Bedeutung ist, sind als „prioritär“ gekennzeichnet. Für die FFH-Gebiete sind u. a. folgende weitergehenden Kriterien von Bedeutung: • Zur Wahrung oder Wiederherstellung des „gün­stigen Erhaltungs­zustan­ds“ sind Maßnahmenpläne auszuarbeiten (Art. 6 Ab­s. 1 FFH-RL) • Eine Verschlechterung der Lebensraumqualitäten ist zu vermeiden (sog. Verschlechterungsverbot – Art. 6 Abs. 2 FFH-RL) • Planungen, die FFH-Gebiete erheblich beeinflussen können, sind einer Ver­ träglichkeitsprüfung (keine formale UVP) und einer Suche nach Alternativen zu unterziehen (Art. 6 Abs. 3 FFH-RL) • Wenn eine negative Verträglichkeitsprüfung, überwiegendes öffentliches Interesse angeführt wird und keine Alternative vorliegt, muss mit Ausgleichs­ maß­nah­men die Kohärenz von „Natura 2000“ sichergestellt werden. Ferner besteht die Verpflichtung … • zur Verbesserung der ökologischen Durchgängigkeit (Biotop­ver­netzung) im Hinblick auf „Natura 2000“ beizutragen. Dies betrifft nach Art. 10 FFHRL vor allem linear strukturierte Landschaftselemente (z. B. Fließgewässer mit ihren Ufern und Auen), • den Erhaltungszustand der FFH-Gebiete und der Arten dauerhaft zu beo­ bachten (sog. Monitoring – Art. 11 FFH-RL) sowie • alle sechs Jahre einen Bericht über die Durchführung aller Maßnahmen vorzulegen (Art. 17 FFH-RL).

2.2 Rechtliche Grundlagen – Bundesrepublik Deutschland In diesem Abschnitt werden die wichtigsten gesetzlichen Be­stim­mungen der Bundesrepublik Deutschland erläutert, die bei Bau- und Unterhal­tungs­­maß­­ nahmen an Fließgewässern in vielen praktischen Fällen von Re­le­vanz sind. Hierbei sind insbesondere zu nennen: • Gesetz zur Ordnung des Wasserhaushalts (Wasserhaushaltsgesetz ‑ WHG) in der Fassung der Bekanntmachung vom 19. August 2002 (BGBl. I S. 3245), zuletzt geändert durch Art. 2 des Gesetzes vom 10. Mai 2007, BGBl. I S. 666.

2.2  Rechtliche Grundlagen – Bundesrepublik Deutschland

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• Gesetz über Naturschutz‑ und Landschaftspflege (Bundesnaturschutzgesetz – BNatSchG) in der Fassung der Bekanntmachung vom 25. März 2002 (BGBl. I S. 1193). Das Gesetz wurde als Bundesnaturschutz-Neu­rege­lungs­ gesetz (BNat­SchNeuregG) am 25. März 2002 erlassen und trat am 3. April 2002 in Kraft; zuletzt geändert am 8. April 2008 (BGBL. I S. 686). • Gesetz über die Umweltverträglichkeitsprüfung (UVPG) vom 12. Februar 1990 (BGBl. I S. 205); zuletzt geändert am 23. Oktober 2007 (BGBl. I. S.  2470). • Gesetz zur Einführung der Strategischen Umweltprüfung und zur Umsetzung der Richtlinie 2001/42/EG (SUPG) vom 28. Juni 2006 (BGBl. Teil 1, Nr. 37). • Verwaltungsverfahrensgesetz vom 25. Mai 1976; neugefasst durch Bekanntmachung vom 23. Januar 2003 (BGBl. I S. 102); zuletzt geändert am 5. Mai 2004 (BGBL. I S. 718). • Gesetz über Wasser- und Bodenverbände (Wasserverbandsgesetz – WVG) vom 12. Februar 1991 (BGBl. I S. 405) in der Fassung der Bekanntmachung vom 23. Mai 2002. • Gesetz über die Abgaben für das Einleiten von Abwasser in Gewässer (Abwasserabgabengesetz – AbwAG) in der Fassung der Bekanntmachung vom 18. Januar 2005 (BGBl. I S. 114). • Raumordnungsgesetz (ROG) in der Fassung der Bekanntmachung vom 18. August 1997 (BGBl. I S. 2081, 2102); zuletzt geändert am 9. Dezember 2006 (BGBl. I S. 2902). • Gesetz über ergänzende Vorschriften zu Rechtsbehelfen in Umweltangelegen­ heiten nach der EG-Richtlinie 2003/35/EG vom 7. Dezember 2006, BGBl. I, S. 2816. Als weitere Gesetze des Bundes sind u. a. Bundeswasserstraßen­gesetz, Flurbe­ reinigungs­gesetz, Fischereigesetz und Waldgesetz zu nennen. Im Hinblick auf die Ausbildung von Fachkräften auf den Gebieten Wasserbau und Gewässerunterhaltung sind die • Verordnung über die Berufsausbildung zum Wasserbauer/zur Wasserbauerin vom 26. Mai 2004, BGBl. I, S. 1078, sowie • Verordnung über die Prüfung zum anerkannten Abschluss „Geprüfter Wasserbaumeister/Geprüfte Wasserbaumeisterin“ vom 18. Oktober 2007, BGBl. I, S. 2476. In den aktuellen Fassungen beider Verordnungen wurden die Ausbildungsinhalte im Hinblick auf die Berücksichtigung ökologischer Aspekte bei Arbeiten an Fließgewässern erheblich verbessert. Im innerstädtischen Bereichen hat die Bauleitplanung mit ihren Elementen Flächennutzungsplan und Bebauungsplan weitreichende Auswirkungen auf alle Planungen.

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2  Rechtlicher Rahmen

2.3 Rahmengesetzgebung, Föderalismusreform, Gesetze der Bundesländer Der Bund hatte bis zum 30. August 2006 aufgrund der Gesetzgebungs­kompetenz gemäß Art. 75 Grund­gesetz (GG) in Verbindung mit Art. 72 Abs. 2 GG das Recht, u. a. für die Be­reiche Wasserhaushalt, Raum­ordnung, Naturschutz und Landschaftspflege, Rahmenvorschriften zu erlassen. Da bei der Rahmengesetzgebung keine abschließenden Regelungen getroffen werden, mussten die Bundesgesetze durch entsprechende Gesetze der Bundesländer sowie Rechtsverordnungen und Erlasse erweitert, ergänzt und präzisiert werden. Mit der Föderalismusreform, die am 1. September 2006 in Kraft getreten ist, hat sich die Aufgabenteilung zwischen Bund und Ländern verändert. Die Rahmengesetzgebungskompetenz des Bundes wurde abgeschafft. Die konkurrierende Gesetzgebung gilt jedoch weiterhin für die in Art. 74, Satz 1, GG genannten Gesetzgebungszuständigkeiten, u. a. Naturschutz und Landschaftspflege, Bodenverteilung, Raumordnung, Wasserhaushalt (Art. 74, Satz 1, Nr. 32 GG). Die Wassergesetzgebungskompetenz des Bundes unterliegt nunmehr keinerlei Beschränkungen. Allerdings haben die Bundesländer gemäß Art. 72 Abs. 3 GG das Recht, ab dem 1. Januar 2010, mit einigen Einschränkungen, abweichende Regelungen zu treffen. Für die konkrete Rechtsan­wen­dung im Einzelfall ist daher auch das jeweilige Landesrecht (Landes­wasser­gesetz, Landschafts- und Natur­schutz­gesetze des jeweiligen Bundeslandes, Landeswald- oder Forstgesetz) zu beachten. Auf die Ländergesetze soll hier jedoch nicht weiter eingegangen werden. Weitergehende Hinweise diesbezüglich können den einschlägigen Gesetzessammlungen (z. B. Wüst­hoff & Kumpf; von Lersner, Berendes, Reinhardt) bzw. Kommentaren entnommen werden. In naher Zukunft soll die Umweltgesetzgebung in einem Umweltgesetzbuch (UGB) zusammengeführt werden, um eine Harmonisierung und Vereinfachung des Umweltrechts zu erreichen. Im „Allgemeinen Teil“ des Umweltgesetzbuches (UGB I) soll insbesondere das Instrument der „integrierten Vorhabensgenehmigung“ dazu beitragen, die Genehmigungsverfahren zu vereinfachen und zu vereinheitlichen. Im Buch „Wasserwirtschaft“ (UGB II) sollen die wasserrechtlichen Regelungen, im Buch „Naturschutzrecht“ (UGB III) die naturschutzrechtlichen Regelungen zusammengefasst werden. Bei der Drucklegung dieses Buches lag ein Referentenentwurf des UGB vor, der nun von der Fachöffentlichkeit diskutiert wird.

2.4  Wasserhaushaltsgesetz

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2.4 Wasserhaushaltsgesetz Das Wasserhaushaltsgesetz (WHG) regelt als Rahmenvorschrift die Bewirt­ schaftung des in der Natur vorhandenen Wassers. Die Einführung der EGWas­serrahmenrichtlinie am 22. Dezember 2000 machte es erforderlich, das Wasserhaushaltsgesetz an die europäischen Regelungen anzupassen. Der Bund kam dieser Notwen­digkeit mit einer Novellierung des Wasserhaushaltsgesetzes nach, die am 19. August 2002 in Kraft getreten ist und zwischenzeitlich schon wieder fortgeschrieben worden ist. Bei Drucklegung dieses Buches galt das Wasserhaushaltsgesetz in der Fassung vom 10. Mai 2007. Der generelle Aufbau des Wasserhaushaltsgesetzes und die hinsichtlich Ausbau und Unterhaltung von Fließgewässern wichtigsten Regelungen werden nachfolgend kurz dargestellt.

2.4.1 Grundsätzliches Das Wasserhaushaltsgesetz gilt nach § 1 Abs. 1 WHG nur für „das ständig oder zeitweilig in Betten fließende oder stehende oder aus Quellen wild abfließende Wasser (oberirdische Gewässer)“, das Grundwasser und die Küstengewässer. Auf den ersten Blick ist bei den oberirdischen Fließgewässern nur das Gewässerbett angesprochen. Die beiden Worte „oder zeitweilig“ implizieren aber, dass auch überflutete Auen zu den Fließgewässern zählen. Im § la Abs. 1 WHG wird als Grundsatz angeführt, dass „die Gewässer als Be­standteil des Naturhaushalts und als Lebensraum für Tiere und Pflanzen zu sichern sind. Sie sind so zu bewirtschaften, dass sie dem Wohl der Allgemeinheit und im Einklang mit ihm auch dem Nutzen Einzelner dienen, vermeidbare Beeinträchtigung ihrer ökologischen Funktionen und der direkt von ihnen abhängigen Landökosysteme und Feuchtgebiete im Hinblick auf deren Wasserhaushalt unterbleiben und damit insgesamt eine nachhaltige Entwicklung gewährleistet wird. Dabei sind insbesondere mögliche Verlagerungen von nach­ teiligen Auswirkungen von einem Schutzgut auf ein anderes zu berücksichtigen; ein hohes Schutzniveau für die Umwelt insgesamt, unter der Berücksichtigung der Erfordernisse des Klimaschutzes, ist zu gewährleisten“. Die Regelungen im Hinblick auf Landökosysteme und Feuchtgebiete sowie die Berücksichtigung des Klimaschutzes sind bei der Novellierung im Jahre 2002 neu aufgenommen worden. Die allgemeine Mitwirkungspflicht aller Beteiligten bei der Mini­mierung nachteiliger Einwirkungen auf die Gewässer und deren Reinhaltung wird in § la Abs. 2 WHG gesetzlich geregelt. Mit der Einführung der EG-Wasserrahmenrichtlinie wurde der § 1b WHG „Bewirtschaftung nach Flussgebietseinheiten“ neu eingefügt. Die im Gesetz genannten Flussgebietseinheiten sind (§ 1b Abs. 2 WHG): Donau, Rhein, Maas,

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2  Rechtlicher Rahmen

Ems, Weser, Elbe, Eider, Oder, Schlei/Trave und Warnow/Peene (s. Bild 2.1). Die folgenden Absätze enthalten Regelungen bezüglich der Koordinierung der Bewirtschaftung der Flussgebietseinheiten.

Bild 2.1  Flussgebietseinheiten in der Bundesrepublik Deutschland (LAWA, 2001)

2.4  Wasserhaushaltsgesetz

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2.4.2 Gemeinsame Bestimmungen für die Gewässer – Erlaubnis und Bewilligung Im ersten Teil des Wasserhaushaltsgesetzes, „Gemeinsame Bestimmungen für die Gewässer“ (§§ 1–22 WHG), werden die Benutzung der Gewässer und die dazu erforderlichen behördlichen Erlaubnis ­(§ 7 WHG) oder Bewilligungsverfahren (§§ 9–12 WHG) gesetzlich geregelt. Erlaubnis Die Erlaubnis ist eine widerrufliche Befugnis, ein Gewässer zu einem bestimmten Zweck in einer bestimmten Weise zu nutzen. Sie kann zeitlich befristet sein. Die Erlaubnis für ein Vorhaben, welches nach dem Gesetz über die Umweltverträglichkeitsprüfung (UVPG) einer Umweltverträglichkeitsprüfung unterliegt, kann nur nach Durchführung dieses Verfahrens erteilt werden. Für Vorhaben, die der „Richtlinie über die integrative Vermeidung und Verminderung der Umweltverschmutzung (96/61/EG)“ unterliegen, sind von den Bun­desländern entsprechende Vorschriften über die einzuhaltenden Anforderungen zu erlassen­ (§ 7 Abs. 1 WHG). An eine Erlaubnis für das Einleiten von Abwasser werden besondere Anforderungen gestellt ­(§ 7a WHG). Sie darf nur erteilt werden, wenn die Schadstofffracht des Abwassers so gering gehalten wird, wie dies bei Einhaltung der jeweils in Betracht kommenden Verfahren nach dem Stand der Technik möglich ist. Die Bundesregierung legt durch Rechtsverordnung mit Zustimmung des Bundesrates Anforderungen fest, die dem Stand der Technik entsprechen (Abwasserverordnung). Im Anhang 2 WHG finden sich Kriterien, die bei der Bestimmung zu berücksichtigen sind. Bewilligung Die Bewilligung gibt dem Unternehmer eine stärkere Rechtsposition und darf nur erteilt werden, wenn die Realisierung eines Vorhabens ohne gesicherte Rechtsstellung nicht zugemutet werden kann (z. B. bei der Wasserkraftnutzung). Sie wird für eine bestimmte Frist erteilt, die in besonderen Fällen dreißig Jahre überschreiten darf. Ein Eingreifen in eine Bewilligung ist im Allgemeinen ent­schädigungspflichtig (vgl. § 8 Abs. 2 WHG). Eine Erlaubnis oder Bewilligung kann für ein Vorhaben, das nach § 3 UVPG (s. Kap. 2.5) einer Umweltverträglichkeitsprüfung (s. Kap. 2.9.1) unterliegt, nur in einem Verfahren erteilt werden, das den Anforderungen des o. a. Gesetzes genügt (§ 9 WHG). Weiteres zum Bewilligungsverfahren findet sich in den §§ 9a bis 14 WHG. Festzuhalten bleibt, dass Grundeigentum nicht „zu einer Gewässerbenutzung, die nach diesem Gesetz oder nach den Landeswassergesetzen einer Erlaubnis oder

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2  Rechtlicher Rahmen

Bewilligung bedarf“ und „zum Ausbau eines oberirdischen Gewässers“ berechtigt (§ la Abs. 4 WHG). Daraus folgt, dass die Wasserkörper ein „öffentliches Gut“ sind, deren Benutzung nach Durchführung eines öffentlich‑rechtlichen Verfahrens unter Festsetzung von Bedingungen und Auflagen gestattet werden kann. Diese behördlichen Gestattungen – Erlaubnis und Bewilligung – stehen jeweils unter dem Vorbehalt nachträglich anzuordnender Anforderungen und Maßnahmen. In manchen alten Rechtsbescheiden fehlen solche Vorbehalte, was mitunter zu Problemen bei der Durchsetzung ökologischer Verbesserungen führen kann (z. B. bei der Festsetzung von Restwasserabflüssen). Regelungen beim Bestehen alter Wasserrechte finden sich in den §§ 15 bis 18 WHG.

2.4.3 Bestimmungen für oberirdische Gewässer – Unterhaltung und Ausbau Der zweite Teil (§§ 23 bis 32 WHG – „Bestimmungen für oberirdische Gewässer“) enthält im ersten Abschnitt „Erlaubnisfreie Benutzungen“ Regelungen über den Gemeingebrauch (§ 23 WHG), Eigentümer‑ und Anliegergebrauch (§ 24 WHG) sowie Benutzung zu Zwecken der Fischerei (§ 25 WHG). Bewirtschaftungsziele und -anforderungen Im zweiten Abschnitt („Bewirtschaftungsziele und -anforderungen“) wird den Umweltzielen des Art. 4 EG-WRRL und den dazu erforderlichen Anforderungen und Maßnahmen Rechnung getragen (§ 25a WHG). Die Bewirtschaftungsverfahren und die Ausweisung von „künst­lichen und erheblich veränderten Gewässern“ sind in § 25b WHG geregelt. Der § 25c WHG enthält die Fristen bis zur Erreichung der Bewirtschaftungsziele, während in § 25d WHG die Ausnahme­regelungen enthalten sind. Unterhaltung und Ausbau Im dritten Abschnitt („Unterhaltung und Ausbau“) sind Vorschriften bezüglich des Umfangs der Gewässerunterhaltung (§ 28 WHG), der Unterhaltungslast (§ 29 WHG), der besonderen Pflichten im Interesse der Unterhaltung (§ 30 WHG) und des Ausbaus (§ 31 WHG) enthalten. Umfang der Unterhaltung

Die Bedeutung des Begriffes „Unterhaltung“ hat sich im Laufe der Zeit immer wieder geän­dert. So wurde der zweite Halbsatz von § 28 Abs. 1 Satz 2 WHG –

2.4  Wasserhaushaltsgesetz

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Bild und Erho­lungs­wert... – mit dem 4. Gesetz zur Änderung des WHG vom 26. April 1976 ein­gefügt. Im 5. Gesetz zur Änderung des WHG vom 25. Juli 1986 ist der in Bezug auf den Naturhaushalt noch weiter gehende erste Halbsatz: „Bei der Unterhaltung ist den Belangen des Naturhaushaltes Rechnung zu tragen“ hinzugefügt worden. Im Abstand von zehn Jahren ist mit dem 6. Gesetz zur Änderung des WHG vom 11. November 1996 im § 1a WHG der zu sichernde „Lebensraum für Tiere und Pflanzen“ hinzugekommen. Auch die mit der Umsetzung der EG-Wasserrahmenrichtlinie in nationalstaatliches Recht erforderliche Orientierung an ökologischen und naturschutzfachlichen Entwicklungszielen folgt diesem Trend. Heute ist der den „Umfang der Unterhaltung“ betreffende Gesetzestext (s. § 28 Abs. 1 WHG) wie folgt abgefasst: „Die Unterhaltung eines Gewässers umfasst seine Pflege und Entwicklung. Sie muss sich an den Bewirtschaftungszielen der §§ 25a bis 25d ausrichten und darf die Erreichung dieser Ziele nicht gefährden. Sie muss den im Maßnahmenprogramm nach § 36 an die Gewässerunterhaltung gestellten Anforderungen entsprechen. Bei der Unterhaltung ist den Belangen des Naturhaushaltes Rechnung zu tragen; Bild und Erholungswert der Gewässerlandschaft sind zu berücksichtigen. Die Unterhaltung umfasst auch die Erhaltung eines ordnungsgemäßen Abflusses und an schiffbaren Gewässern die Erhaltung der Schiffbarkeit. Durch Landesrecht kann bestimmt werden, dass es zur Unterhaltung gehört, das Gewässer und seine Ufer in anderer wasserwirtschaftlicher Hinsicht in ordnungsgemäßem Zustand zu erhalten“. In § 29 WHG wird die „Unterhaltungslast“ geregelt, d. h. wem die Aufgabe der Gewässerunterhaltung obliegt. Die Länder bestimmen, in welcher Weise die Unterhaltungspflicht zu erfüllen ist. Zu den besonderen Pflichten im Interesse der Unterhaltung gehört gemäß § 30 Abs. 1 WHG auch, dass die Anlieger die Gewässer­unter­haltung dulden müssen, d. h. das die Unterhaltungspflichtigen die Grundstücke betreten, vor­ übergehend nutzen und auch Bestandteile für die Unterhaltung entnehmen können. Weiterhin haben die Anlieger eine Bepflanzung der Ufer zu dulden. Im Hinblick auf die Nutzung der Ufergrundstücke können die Anlieger verpflichtet werden, diese in erforderlicher Breite so zu bewirtschaften, dass die Unterhaltung nicht beeinträchtigt wird. Auch sind die Erfordernisse des Uferschutzes zu berücksichtigen. Die Unterhaltungspflicht nach § 28 WHG gibt keinem An‑ oder Hinterlieger einen Anspruch auf den Erhalt eines bestimmten Gewässerzustandes. Die Entwicklung des § 28 WHG zeigt deutlich die wachsende Bedeutung einer intakten biologischen Wirksamkeit der Gewässer. Es ist somit legitim, auch die Unterhaltungspraxis hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf die Entwicklung und Gestaltung von Fließgewässern zu überprüfen. Ein weiterer wichtiger Schritt in Richtung naturnahe Gestaltung von Fließgewässern und Auen bzw. Renaturierung, ist die Möglichkeit, die Bewirtschaftung der Ufergrundstücke zu beeinflussen. Dazu gehört u. a. das Anle­gen von Uferstreifen bzw. Uferrandstreifen und die Förderung einer den Besonder-

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2  Rechtlicher Rahmen

heiten des Naturraumes angepasste Unterhaltung der Fließgewässer. Insbesondere dann, wenn der Gewässerunterhaltungspflichtige auch Eigentümer der Flächen ist, ist es oft möglich z. B. die Unterhaltungs­praxis zu ändern, Uferböschungen zu bepflanzen oder Seitenerosion zuzulassen (s. DVWK, 1997a). Ausbau

Besondere Bedeutung für den Ausbau von Gewässern hat der § 31 WHG. Die ent­sprechende Textstelle lautet: „Gewässer, die sich im natürlichen oder naturnahen Zustand befinden, sollen in diesem Zustand erhalten bleiben, und nicht naturnah ausgebaute natürliche Gewässer sollen so weit wie möglich wieder in einen naturnahen Zustand zu­rückgeführt werden, wenn überwiegende Gründe des Wohls der Allgemeinheit nicht entgegenstehen. Solche Gründe können zum Beispiel bei einer vorhande­nen Wasserkraftnutzung vorliegen. Ausbaumaßnahmen müssen sich an den Bewirtschaftungszielen der §§ 25a bis 25d ausrichten und dürfen die Erreichung dieser Ziele nicht gefährden. Sie müssen den im Maßnahmenprogramm nach § 36 an den Gewässerausbau gestellten Anforderungen entsprechen“. Die Renaturierung von Fließgewässern ist also ein wichtiges Ziel des Gewäs­ serausbaus. Somit ist grundsätzlich zu prüfen, ob „naturfern“ ausgebaute Fließge­wässer wieder in einen „naturnäheren“ Zustand zurückgeführt werden können. Durch den drittletzten Satz im oben zitierten Gesetzestext wird lediglich klarge­stellt, dass der Bestandschutz einer vorhandenen Wasserkraftnutzung in den Ab­wägungs­prozess einzubeziehen ist (s. § 31 Abs. 1 Satz 2 WHG). Durch die Formulierungen in den beiden letzten Sätze werden die Umweltziele (s. Art. 4 EG-WRRL) und die Maßnahmenprogramme (s. Art. 11 EGWRRL) im Wasserhaushaltsgesetz verankert. Für die „ ... Herstellung, Beseitigung oder wesentliche Umgestaltung eines Ge­ wässers oder seiner Ufer (Ausbau) ...“ ist ein Planfeststellungsverfahren (s. Kap. 2.9) durchzuführen. Diese Festlegung gilt auch für Damm‑ und Deichbauten, wenn diese den Hochwasserabfluss beeinflussen (s. § 31 Abs. 2 WHG). Unter besonderen Voraussetzungen kann beim Ausbau eines Gewässers auf die Durchführung eines Planfeststellungsverfahren verzichtet werden und damit die Umweltverträglichkeitsprüfung (s. Kap. 2.10.1) entfallen. Im Wasserhaushaltsgesetz heißt es dazu (s. § 31 Abs. 3 WHG): „Für einen nicht UVP-pflichtigen Gewässerausbau kann an Stelle eines Planfeststellungsbeschlusses eine Plangenehmigung erteilt werden“. Die frühere Voraussetzung für eine Plangenehmigung, „ ... wenn mit Einwen­dungen nicht zu rechnen ist ...“, ist also kein Kriterium mehr. Weitere Vorgaben für den Gewässerausbau enthält § 31 Abs. 5 WHG. Demnach sind ...

2.4  Wasserhaushaltsgesetz

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„ ... natürliche Rückhalteflächen zu erhalten, das natürliche Abflussverhalten nicht wesentlich zu verändern, naturraumtypische Lebensgemeinschaften zu bewahren und son­stige erhebliche nachteilige Veränderungen des natürlichen oder naturnahen Zustandes des Gewässers zu vermeiden oder, soweit dies nicht möglich ist, aus­zugleichen“. Weiterhin wird ausgeführt: „Der Planfeststellungsbe­schluss oder die Genehmigung ist zu versagen, soweit von dem Ausbau eine Beeinträchtigung des Wohls der Allgemeinheit, insbesondere eine erhebliche und dauerhafte, nicht ausgleichbare Erhöhung der Hochwassergefahr oder eine Zerstörung natürlicher Rückhalteflächen, vor allem in Auwäldern, zu erwarten ist“. Bei Bundeswasserstraßen sind, neben § 31 WHG und den dazu ergangenen Vor­schriften der Länder, die §§ 12 bis 23 des Bundeswasserstraßengesetzes (WaStrG) zu beachten. Dort wird der Ausbau und Neubau der Bundeswasser­ straßen als Verkehrswege geregelt. Das hierfür erforderliche Planfeststellungs‑ oder Plangenehmigungsverfahren wird in diesen Fällen nicht von den Wasserwirt­schaftsbehörden, sondern von den Wasser‑ und Schifffahrtsdirek­ tionen des Bun­des durchgeführt.

2.4.4 Hochwasserschutz Der vierte Abschnitt des Wasserhaushaltsgesetzes, ist durch das „Gesetz zur Verbesserung des vorbeugenden Hochwasserschutzes“ vom 3. Mai 2005, mit dem Ziel den Hochwasserschutz weiter zu verbessern, neu gefasst worden. Dieses Gesetz enthält u. a. auch die Verbesserung des Hochwasserschutzes betreffende Änderungen des Baugesetzbuches (Art. 2), des Raumordnungsgesetzes (Art. 3), des Bundeswas­serstraßengesetzes (Art. 4), des DWD-(Deutscher Wetterdienst)Ge­setzes (Art. 5) und des Gesetzes über die Umweltverträglichkeitsprüfung (Art. 6). Durch das „Gesetz zur Verbesserung des vorbeugenden Hochwas­ser­ schutzes“ vom 3. Mai 2005, Art. 1 („Änderung des Wasserhaushaltsgesetzes“), hat der Zweite Teil des WHG, Vierter Abschnitt, die Überschrift „Hochwasserschutz“ erhalten. Er untergliedert sich in die Paragrafen § 31a WHG („Grundsätze des Hochwasserschutzes“), § 31b („Überschwemmungsgebiete“), § 31c („Überschwemmungsgefährdete Gebiete“), § 31d („Hochwasserschutzpläne“) sowie § 32 („Kooperation in Flussgebietseinheiten“) (Nacken, 2008). In den Grundsätzen des Hochwasserschutzes (§ 31a WHG) wird der Hochwasserrückhalt, der schadlose Wasserabfluss und die Vermeidung von Hochwasserschäden als Bewirtschaftungsziel der oberirdischen Gewässer genannt. Unterschieden wird dabei zwischen Gebieten die bei Hochwasser überschwemmt werden können und sol­chen, deren Überschwemmung dazu dient, Hochwas-

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2  Rechtlicher Rahmen

serschäden zu mindern (§ 31a Abs. 1 WHG). In § 31a Abs. 2 WHG wird der Einzelne dazu verpflichtet, im Rahmen des Möglichen, entsprechende Vorsorgemaßnahmen zu ergreifen und Maßnahmen zur Schadensminderung zu treffen. Durch Landesrecht soll geregelt werden, wie die Hochwasserwarnung ausgestaltet wird und wie die HW-Betroffenen über Vorsorgemaßnahmen und Verhaltensregeln informiert werden (Abs. 3). Überschwemmungsgebiete werden als „ ... Gebiete zwischen oberirdischen Gewässern und Deichen oder Hochufern sowie sonstige Gebiet, die bei Hochwasser überschwemmt oder durchflossen oder die für Hochwasserentlastung oder Rückhaltung beansprucht werden“ (§ 31b Abs. 1 WHG). Überschwemmungsgebiete sollen nach § 31b Abs. 2 WHG von den Ländern festgelegt werden. Das sind mindestens die Gebiete, in denen ein Hochwasser­ ereignis einmal in 100 Jahren (HQ100) zu erwarten ist. Das bei der Festlegung der Überschwem­mungs­gebiete zu­grunde gelegte Ereignis wird als Bemessungshochwasser bezeichnet. Für stark gefährdete Gebiete („ … bei denen durch Hochwasser nicht nur geringfügige Schäden entstanden oder zu erwarten sind …“, § 31 Abs. 2 Satz 1 WHG) ist durch Landesrecht zu regeln, wie die Öffentlichkeit zu informieren ist und wie der Hochwasserschutz an neue Erkenntnisse angepasst wird. Die Länder erlassen auch die dem Schutz vor Hochwassergefahren dienenden Vorschriften. Folgende Erfordernisse sind zu berücksichtigen: • Erhalt oder Verbesserung der ökologischen Strukturen der Gewässer und ihrer Überflutungsflächen • Verhinderung erosionsfördernder Eingriffe • Erhalt und Rückgewinnung natürlicher Rückhalteflächen • Regelung des Hochwasserabflusses Durch Landesrecht ist ebenfalls zu regeln: • der Umgang mit wassergefährdenden Stoffen • wie Störungen der Wasserversorgung vermieden werden • die behördliche Zulassung von Maßnahmen, die den Wasserabfluss erheblich verändern können, wie die Erhöhung oder Vertiefung der Erdoberfläche (§ 31b Abs. 2 WHG) • wie auf landwirtschaftlich genutzten und sonstigen Flächen mögliche Erosionen oder erheblich nachteilige Auswirkungen auf Gewässer insbesondere durch Schadstoffeinträge zu vermeiden oder zu verringern sind (§ 31b Abs. 3 WHG) • die Ermittlung der festgesetzten Überschwemmungsgebiete und deren Darstellung und Sicherung (§ 31b Abs. 5 WHG) Hinsichtlich des Verbots der Ausweisung von Baugebieten in Überschwemmungsgebieten gibt es Ausnahmen. So kann die zuständige Behörde neue Baugebiete ausnahmsweise zulassen (§ 31b Abs. 4 WHG),

2.4  Wasserhaushaltsgesetz

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„… wenn … 1. keine anderen Möglichkeiten der Siedlungsentwicklung bestehen oder geschaffen werden können, 2. das neu auszuweisende Gebiet unmittelbar an ein bestehendes Baugebiet angrenzt, 3. eine Gefährdung von Leben, erheblichen Gesundheits- oder Sachschäden nicht zu erwarten sind, 4. der Hochwasserabfluss und die Höhe des Wasserstandes nicht nachteilig beeinflusst werden, 5. die Hochwasserrückhaltung nicht beeinträchtigt und der Verlust von verloren gehendem Rückhalteraum umfang-, funktions- und zeitgleich ausgeglichen wird, 6. der bestehende Hochwasserschutz nicht beeinträchtigt wird 7. keine nachteiligen Auswirkungen auf Oberlieger und Unterlieger zu erwarten sind, 8. die Belange der Hochwasservorsorge beachtet sind, 9. die Bauvorhaben so errichtet werden, dass bei dem Bemessungshochwasser, das der Festsetzung der Überschwemmungsgebiete zu Grunde gelegt wurde, keine baulichen Schäden zu erwarten sind.“ Sämtliche vorbezeichneten Gründe müssen kumulativ vorliegen. In § 31b Abs. 7 WHG werden Ausgleichsmaßnahmen gefordert, wenn das Wohl der Allgemeinheit höherrangig ist und eine Nutzung der Überschwemmungsgebiete nicht vermieden werden kann. Überschwemmungsgefährdete Gebiete (§ 31c WHG) sind Gebiete die keiner Festsetzung nach § 31b Abs. 2 WHG bedürfen oder die bei Versagen von öffentlichen Hochwasserschutzeinrichtungen (insbesondere Deiche) überschwemmt werden. Derartige Bereiche sind zu ermitteln und in Kartenform darzustellen. Die Aufstellung von Hochwasserschutzplänen (§ 31d WHG) wird den Ländern aufgegeben. Die Pläne enthalten Hinweise für einen möglichst schadlosen Wasserabfluss, den technischen Hochwasserschutz und die Gewinnung, insbesondere Rückgewinnung von Rückhalteflächen sowie weitere dem Hochwasserschutz dienende Maßnahmen (§ 31c Abs. 1 WHG). Die Pläne sind zu veröffentlichen und zu aktualisieren (§ 31c Abs. 2 WHG). In § 32 WHG wird nunmehr die Kooperation in den Flussgebietseinheiten geregelt.

2.4.5 Wasserwirtschaftliche Planung Im fünften Teil des Wasserhaushaltsgesetzes, „Wasserwirtschaftliche Planung; Wasserbuch; Informationsbeschaffung und -übermittlung“ wird die Aufstellung von wasserwirtschaftlichen Rahmenplänen (§ 36 WHG) geregelt. Inhalte­ sind u. a.: • Gesetzliche Verpflichtung zur Aufstellung der Maßnahmenprogramme; wobei die Ziele der Raumordnung zu berücksichtigen sind.

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2  Rechtlicher Rahmen

• Ausgestaltung und Ziele der Maßnahmenprogramme • Verfahrensweise, wenn die vorgesehenen Ziele nicht erreicht werden. Dazu zählen zum Beispiel eine Untersuchung der Zulassungen für Gewässerbenutzungen und die Überprüfung der Überwachungsprogramme. • Die Fristen bis zu der die Maßnahmenprogramme aufzustellen, durchzuführen, zu überprüfen und zu aktualisieren sind, werden durch Landesrecht festgelegt. Von besonderer Bedeutung für die Planung ist auch die „Veränderungssperre­ zur Siche­rung von Planungen“ in § 36a WHG. In § 36b WHG wird die Verpflichtung normiert, durch Landesrecht zu bestimmen, dass für jede Flussgebietseinheit ein Bewirtschaftungsplan aufzustellen ist. Im Absatz 2 werden die erforderlichen Inhalte der Bewirtschaftungspläne detailliert aufgelistet (§ 36b Abs. 2 WHG): • Beschreibung der Merkmale der Gewässer in der Flussgebietseinheit • Zusammenfassung der signifikanten Auswirkungen und Einwirkungen auf den Zustand der Gewässer • Aufstellung der von den Gewässern direkt abhängenden Schutzgebiete • Überwachungsnetze und die Überwachungsergebnisse • Bewirtschaftungsziele • Zusammenfassung der wirtschaftlichen Analyse des Wassergebrauchs • Zusammenfassung der Maßnahmenprogramme • Zusammenfassung der Maßnahmen zur Information und Anhörung der Öffentlichkeit sowie deren Ergebnisse und die darauf zurückgehenden Änderungen • die zuständigen Behörden • Anlaufstellen und das Verfahren um Hintergrunddokumente und Hintergrundinformationen zu erhalten. Ferner wird darauf hingewiesen, dass die Ziele, Grundsätze und sonstigen Erfordernisse der Raumordnung und der Landesplanung zu berücksichtigen sind. Nach § 36b Abs. 3 WHG sind darüber hinaus folgende Informationen aufzunehmen und zu begründen: • Einstufung oberirdischer Gewässer als „künstlich“ oder „erheblich verändert“ • Etwaige Fristverlängerungen; Verzögerungen bei der Umsetzung der Maßnahmen sowie die Maßnahmen und der Zeitplan zur Erreichung der Bewirtschaftungsziele • Ausnahmen von den Bewirtschaftungsplänen • Bedingungen und Kriterien für die Geltendmachung von Umständen für vorübergehende Verschlechterungen, die Auswirkungen der Umstände sowie die Maßnahmen zur Wiederherstellung des vorhergehenden Zustands. Im sechsten Teil des Wasserhaushaltsgesetzes finden sich schließlich die Bußgeld- (§ 41 WHG) sowie die Schlussbestimmungen (§ 42 Abs. 1 und 2 WHG)

2.6  Bundesnaturschutzgesetz (BNatSchG)

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mit der Aufforderung an die Länder, die dort genannten bundesrechtlichen Vorschriften bis spätestens 22. Dezember 2003 umzusetzen. Daneben haben die Länder sicher zu stellen, dass die Bestimmungen des Art. 9 EG-WRRL („Kostendeckende Wasserpreise“) bis 2010 umgesetzt werden.

2.5 Gesetz über die Wasser‑ und Bodenverbände Einzelne Aufgaben des Wasserrechts (z. B. Ausbau und Unterhaltung von Gewäs­sern, Betrieb von Anlagen), können Wasser‑ und Bodenverbänden zugewiesen bzw. überlassen werden. Sie sind Körperschaften des öffentlichen Rechts, die un­ter der Aufsicht der Staatsbehörden stehen. Verbandsmitglieder sind die Eigentümer der im Verbandsgebiet liegenden Grundstücke und Anlagen, Personen, denen der Verband Pflichten abnimmt, so­wie Körperschaften des öffentlichen Rechts und ausdrücklich als Mitglieder zu­gelassene Personen. Die Verbände verwalten sich selbst und finanzieren sich aus den Mitgliedsbeiträgen. Ihre Organisation, die inneren Rechtsverhältnisse und die Beziehungen zu den Mitgliedern regelt das Gesetz über die Wasser‑ und Boden­verbände (Wasserverbandsgesetz) – WVG – vom 12. Februar 1991 (BGBl. I S. 405). Das Gesetz gilt momentan in der in der Fassung der Bekanntmachung vom 23. Mai 2002. In einigen Bundesländern (z. B. Nordrhein‑Westfalen) sind zahlreiche Wasser­verbände auf der Basis von landesgesetzlichen Sondergesetzen errichtet worden. Das Wasserverbandsgesetz findet auf derartige Verbände nur dann An­wendung, wenn dies durch Rechtsvorschriften ausdrücklich angeordnet oder zugelassen worden ist (§ 80 WVG).

2.6 Bundesnaturschutzgesetz (BNatSchG) Das „Gesetz über Naturschutz und Landschaftspflege“ (Bundesnaturschutzgesetz – BNatSchG) soll der ständig steigenden Belastung und Zerstörung des Natur­haushaltes durch den Menschen Einhalt gebieten. Regelungen, die für Ausbau- und Unterhaltungsmaßnahmen an Fließgewäs­sern sowie die Fließgewässer­entwicklung bedeutsam sind, finden sich in nahezu allen Abschnitten des Bun­desnaturschutzgesetzes. So wer­den z. B. im Abschnitt 1,  „Allgemeine Vorschriften“ (§§ 1 bis 11 BNatSchG), die „Ziele des Naturschutzes und der Landschaftspflege“ (§ 1 BNatSchG) und die „Grundsätze des Naturschutzes und der Landschaftspflege“ (§ 2 BNatSchG) geregelt. Ziele des Naturschutzes sind (s. § 1 BNatSchG): „Natur und Landschaft … auf Grund ihres eigenen Wertes und als Lebensgrundlage des Menschen auch in Verantwortung für die zukünftigen Gene-

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2  Rechtlicher Rahmen

rationen im besiedelten und unbesie­delten Bereich so zu schützen, zu pflegen und zu entwickeln, und soweit erforderlich, wiederherzustellen dass … 1. die Leistungs- und Funktionsfähigkeit des Naturhaushalts, 2. die Regenerationsfähigkeit und nachhaltige Nutzungsfähigkeit der Naturgüter, 3. die Tier- und Pflanzenwelt einschließlich ihrer Lebensstätten und Lebensräume sowie 4. die Vielfalt, Eigenart und Schönheit sowie der Erholungswert von Natur und Landschaft auf Dauer gesichert sind“. Im § 2 Abs. 1 BNatSchG finden sich u. a. folgende „Grundsätze des Naturschutzes und der Landschaftspflege“: 1. Sicherung des Naturhaushalts 2. Sparsame und schonende Nutzung der Naturgüter 3. Erhaltung der Böden und Sicherung natürlicher Pflanzendecken (besonders genannt wird die Ufervegetation) 4. Schutz natürlicher und naturnaher Gewässer und deren Uferzonen sowie natürliche Rückhalteflächen 5. Geringhaltung schädlicher Umwelteinwirkungen; keine nachhaltige Schädigung empfindlicher Bestandteile des Naturhaushalts. 6. Vermeidung von Klimabeeinträchtigungen 7. Vermeidung von Schäden bei der Gewinnung von Bodenschätzen 8. Erhalt der biologischen Vielfalt 9. Schutz der wild lebenden Tiere und Pflanzen und ihrer Lebensgemeinschaften 10. Schutz noch vorhandener Naturbestände in besiedelten Bereichen (z. B. Wald, Hecken, Wegraine, Saumbiotope, Bachläufe, Weiher sowie sonstige bedeutsame ökologische Kleinstrukturen). 11. Erhaltung unbebauter Bereiche und Renaturierung versiegelter Flächen, wenn diese nicht mehr benutzt werden. 12. Berücksichtigung natürlicher Landschaftsstrukturen bei Planungen; Zerschneidung und Verbrauch von Landschaft soll so gering wie möglich gehalten werden. 13. Sicherung der Landschaft in ihrer Vielfalt, Eigenart und Schönheit wegen ihrer Bedeutung für Freizeit- und Erholungsnutzungen. 14. Erhaltung historischer Kulturlandschaften und -landschaftsteile 15. Förderung des allgemeinen Verständnisses für die Ziele und Aufgaben des Naturschutzes und der Landespflege Die o. a. Grundzüge sind nur verkürzt wiedergegeben. Besonders bedeutsam für den naturnahen Ausbau von Fließgewässern ist der Grundsatz in § 2 Abs. 1 Nr. 4 BNatSchG. Dort heißt es: „Natürliche und naturnahe Gewässer sowie deren Uferzonen und natürliche Rückhalteflächen sind zu erhalten, zu entwickeln oder wiederherzustellen.

2.6  Bundesnaturschutzgesetz (BNatSchG)

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Änderungen des Grundwasserspiegels, die zu einer Zerstörung oder nachhaltigen Beeinträchtigung schutz­würdiger Biotope führen können, sind zu vermeiden; unvermeidbare Beein­träch­­tigungen sind auszugleichen. Ein Ausbau von Gewässern soll so naturnah wie möglich erfolgen.“ Der „technische“, naturferne Ausbau von Gewässern sollte also, wo immer möglich, durch naturnahe Wasserbaumethoden und Baustoffe ersetzt werden. Im Abschn. 2, „Umweltbeobachtung, Landschaftsplanung“ (§§ 13 bis 17 BNatSchG), finden sich Ausführungen zur Landschaftsplanung und in Abschn. 3, „Allgemeiner Schutz von Natur und Landschaft“ (§§ 18 bis 21 BNatSchG), die Regelungen zu Eingriffen in Natur und Landschaft. Die einzelnen Paragraphen in Abschn. 2 befassen sich mit der Definition eines Eingriffs in Natur und Landschaft (§ 18 BNatSchG), den Pflichten des Verursachers und der Unzulässigkeit von Eingriffen (§ 19 BNatSchG), dem verfahrenstechnischen Ablauf (§ 20 BNatSchG) und dem Verhältnis zum Baurecht (§ 21 BNatSchG). Details zur Eingriffsregelung finden sich in Kap. 2.10.2 dieses Buches. Abschn. 4, „Schutz, Pflege und Entwicklung bestimmter Teile von Natur und Landschaft“ (§§ 22 bis 38 BNatSchG), enthält wiederum Normen zu Schutz und Pflege wildlebender Tier- und Pflanzenarten. Darunter finden sich Regelungen zu Schutzgebieten (u. a. Naturschutzgebiete, Nationalparke, Biosphären­ reserverate, Landschaftsschutzgebiete, Naturparke, Naturdenkmale, Geschützte Landschaftsbestandteile, Gesetzlich geschützte Biotope, Schutz von Gewässern und Uferzonen, Europäisches Netz „Natura 2000“). Im § 30 BNatSchG („Gesetzlich geschützte Biotope“) wird zum Beispiel den Ländern aufgegeben, das „Verbot von Maßnahmen, die zu einer Zerstörung oder sonstigen erheblichen oder nachhaltigen Beeinträchtigung“ von im Gesetz genannten Biotoptypen, zu regeln. Darunter finden sich u. a. 1. natürliche oder naturnahe Bereiche fließender und stehender Binnengewässer einschließlich ihrer Ufer und der dazugehörigen uferbegleitenden­ natürlichen oder naturnahen Vegetation sowie ihrer natürlichen oder natur­ nahen Verlandungsbereiche, Altarme und regelmäßig überschwemmten Bereiche, 2. Moore, Sümpfe, Röhrichte, seggen- und binsenreiche Nasswiesen, Quellbereiche, Binnenlandsalzstellen, 3. … 4. Bruch-, Sumpf- und Auwälder, Schlucht-, Blockhalden- und Hangschuttwälder, 5. … 6. Fels- und Steilküsten, Küstendünen und Strandwälle, Strandseen, Bod­ den­gewässer mit Verlandungsbereichen, Salzwiesen und Wattflächen im Küstenbereich, Seegraswiesen und sonstige marine Makrophytenbestände, Riffe, sublitorale Sandbänke der Ostsee sowie artenreiche Kies-, Grobsand und Schillbereiche im Meeres- und Küstenbereich.

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2  Rechtlicher Rahmen

In § 31 BNatSchG („Schutz von Gewässern und Uferzonen“) wird die Erhaltung der oberirdischen Gewässer einschließlich ihrer Gewässerrandstreifen und Uferzonen als Lebensstätten für heimische Tier- und Pflanzenarten gefordert. Sie sollen so weiterentwickelt werden, dass sie „ihre großräumige Vernetzungsfunktion auf Dauer erfüllen können.“ In weiteren Abschnitten wird der „Schutz und Pflege wild lebender Tier- und Pflanzenarten“ (Abschn. 5 – §§ 39 bis 55 BNatSchG) und die „Erholung in Natur und Landschaft“ (Abschn. 6 – §§ 56 bis 57 BNatSchG) geregelt. Bedeutsam für die Durchführung der Planung sind ggf. die Regelungen zur „Mitwirkung von Vereinen“ in Abschn. 7 (§§ 58 bis 61 BNatSchG). Demnach ist einem vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit anerkannten Verein Gelegenheit zur Stellungnahme und Einsicht in die einschlägigen Planunterlagen zu geben. Diese Beteiligung umfasst u. a. die Vorbereitung von Verordnungen des Bundesumweltministeriums, Stellungnahmen bei Planfeststellungsverfahren sowie bei Plangenehmigungen. Die oft bestehenden Nutzungskonflikte, u. a. zwischen Gewässernutzung, Hochwasserschutz, Land­wirtschaft, Forstwirtschaft, Erholungsbedürfnis der Bevölkerung und Naturschutz, erfordern ein ständiges Abwägen aller Interessen.

2.7 Strategische Umweltprüfung Das Gesetz zur Einführung einer Strategischen Umweltprüfung und zur Umsetzung der Richtlinie 2001/42/EG (SUPG) ist am 29. Juni 2005 in Kraft getreten (BGBl. 2005, Teil I S. 1746). Es dient u. a. der Umsetzung der am 21. Juni 2001 in Kraft getretenen EG-Richtlinie 2001/42/EG über die Prüfung der Umweltauswirkungen bestimmter Pläne und Programme (sog. SUP-Richtlinie) in das deutsche Recht. Die Strategische Umweltprüfung ist bei wichtigen umweltbedeut­samen Planungsverfahren (u. a. Bundesverkehrswegeplanung, Raumordnungsplanung, Bauleitpläne, Landschaftsplanungen) durchzuführen (Jessel, 2007). Bestimmte Pläne und Programme, sind zukünftig vor ihrem Erlass, einer vertieften Überprüfung bezüglich ihrer Auswirkungen auf die Umwelt zu unterziehen. Damit sollen planungsbedingte nachteilige Umweltfolgen bereits frühzeitig im Planungsprozess erkannt und berücksichtigt werden. Auch werden die Beteiligungsrechte der Öffentlichkeit gestärkt. Das SUPG hat insbesondere Auswirkungen auf das Gesetz über die Umweltverträglichkeitsprüfung (UVPG), das im Zuge der Einführung des SUPG aktualisiert wurde.

2.9  Verwaltungsverfahren, Planfeststellung, Plangenehmigung

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2.8 Gesetz über die Umweltverträglichkeitsprüfung (UVPG) Das Gesetz über die Umweltverträglichkeitsprüfung (UVPG) dient der Umweltvorsorge und soll sicherstellen, dass „die Auswirkungen auf die Umwelt frühzeitig und umfassend ermittelt, beschrieben und bewertet werden“ (§ 1 Nr. 1 UVPG) und „das Ergebnis der Umweltverträglichkeitsprüfung so früh wie möglich bei allen behördlichen Entscheidungen über die Zulässigkeit berücksichtigt wird“ (§ 1 Nr. 2 UVPG). Bei der Prüfung, ob eine UVP-Pflicht besteht, sind insbesondere die §§ 3a bis 3f UVPG von Bedeutung. Die Anwendungsbereiche des UVPG werden in der Anlage zu § 3 UVPG aufgezählt. Es wird zwischen Maßnahmen, die bei einer bestimmten Größe stets UVP-pflichtig sind, und solchen, bei denen das Landesrecht entsprechende Regelungen treffen kann, unterschieden. Die wasserwirtschaftlich bedeutsamen Vorhaben sind in der Anlage unter Nr. 13 („Wasserwirtschaftliche Vorhaben mit Benutzung oder Ausbau eines Gewässers“) und, für Wasserstraßen, auch unter Nr. 14 („Verkehrsvorhaben“).

2.9 Verwaltungsverfahren, Planfeststellung, Plangenehmigung Das Verwaltungsverfahrensgesetz des Bundes – VwVfG – vom 25. Mai 1976 (BGBl. I S. 1253) und die entsprechenden Landesverwaltungsgesetze regeln die nach außen wirkende Tätigkeit der Verwaltungsbehörden. Sie sind anzuwen­ den, wenn in den jeweiligen Fachgesetzen nicht besondere Verfahrensvorschriften enthalten sind. Eine spezielle Verfahrensart ist die Planfeststellung, deren Durchführung u. a. beim Ausbau von Gewässern (s. § 31 WHG bzw. Kap. 2.4.3) ausdrücklich ge­fordert wird. Der Ablauf des Planfeststellungsverfahrens ist im Verwaltungsverfahrensgesetz des Bundes (Abschn. 2 – §§ 72 bis 78 VwVfG) sowie in den entsprechenden Verwaltungsverfahrensgesetzen der Länder geregelt. Die einzelnen Verfahrens­ schritte sind in Bild 2.2 dargestellt. Wesentlich für das Planfeststellungsverfahren ist die Beteiligung der Öffentlichkeit in Form von Anhörungen und Erörterungsterminen sowie das Einholen von Stellungnahmen aller betroffenen Fachbehörden. Besondere Bedeutung haben auch die im Gesetz vorgesehenen Fristen, innerhalb derer Einsprüche und Bedenken gegen eine geplante Maßnahme geltend gemacht werden müssen. Nach dem Planfeststellungsbeschluss durch die Planfeststellungsbehörde sind die Festlegungen für alle Betroffenen bindend. Andere öffentlich‑recht­liche Erlaubnisse oder Genehmigungen sind daneben i. d. R. nicht mehr erforderlich. Erlaubnisse bzw. Bewilligungen für die mit dem beabsichtigten Vorhaben verbundenen Benutzungen müssen jedoch eingeholt werden.

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2  Rechtlicher Rahmen

PLANFEST- ANHÖRUNGS TRÄGER DES BETROFFENE FACHSTELLUNGS- BEHÖRDE VORHABENS GEMEINDEN BEHÖRDEN BEHÖRDE Anordnung der Planfeststellung

BETROFFENE BÜRGER, VERBÄNDE

Bei Eingriff in die Landschaft: Landschaftspflegebegleitplan

Planaufstellung Einreichung des Plans mit Erläut. Durchführung des Anhörungsverfahren

ANHÖRUNGSVERFAHREN Stellungnahmen Ortsübliche Bekanntmachung der Auslegung

Auslegung

Einwendungen

Ortsübliche Bekanntmachung des Erörterungstermins

Erörterung

Bei Planänderung erneutes Anhörungsverfahren Stellungnahme Planfeststellungsbeschluss

Zustellung des Planfeststellungsbeschluss

An den Träger des Vorhabens, die bekannten Betroffenen und diejenigen, über deren Einwendungen entschieden worden ist. Ortsübliche Bekanntmachung der Auslegung

Auslegung (2 Wochen)

Einsichtnahme

Ausführung des Vorhabens. Bei Planänderung neues PLFST.-Verfahren

Bild 2.2  Verfahrensschritte im Planfeststellungsverfahren (nach Schneider, 2002, verändert)

2.10  Unselbstständige Teile verwaltungsbehördlicher Verfahren und ...

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Ist der Planfeststellungsbeschluss bestandskräftig, d. h. nicht mehr mit Rechts­mitteln angreifbar, sind Be­sei­tigungs- oder Unterlassungsansprüche ausgeschlossen. Für unzumutbare, nicht verhinderbare Beeinträchtigungen, besteht ein Entschädigungsanspruch der Betroffenen. Im Falle eines nicht UVP-pflichtigen Gewässerausbaus kann ein Plangeneh­ migungsverfahren das Planfeststellungsverfahren ersetzen. Dabei entfallen die zum Teil recht aufwendige Umweltverträglichkeitsprüfung (UVP) und der formelle Erörterungstermin. Gleichwohl sind aber die Beteiligten, das sind die betroffenen Bürger und die anerkannten Umweltverbände sowie die betroffenen Gemeinden und Fachbehörden, zu hören. Auch ist im Plangenehmigungs­ beschluss über ggf. ausgelöste Eingriffe zu entscheiden. Für Gewässerausbauten, die echte Renaturierungen sind, bringt die Plangenehmigung deutliche Verfahrenserleichterungen.

2.10 Unselbstständige Teile verwaltungsbehördlicher Verfahren und Planungsinstrumente Unselbstständige Teile verwaltungsbehördlicher Verfahren, wie Umweltverträglichkeitsprüfung (UVP) und Eingriffsregelung, werden auf verschiedenen Planungsebenen angewendet. Sie sind auf die Wirkungen eines Vorhabens ausgerichtet und haben daher bei der naturnahen Entwicklung und Gestaltung von Fließgewässern eine besondere Bedeutung. Die Umweltverträglichkeitsprüfung und die Eingriffsregelung sollen deshalb hier kurz beschrieben werden.

2.10.1 Umweltverträglichkeitsprüfung (UVP) Die Umweltverträglichkeitsprüfung gibt es als eigenständiges Verfahren oder als Bestandteil eines Verwaltungsverfahrens (z. B. des Planfeststellungsverfahrens). In den Anlagen zum Gesetz über die Umweltverträglichkeitsprüfung (UVPG) ist festgelegt, wann eine Umweltverträglichkeitsprüfung (UVP) durch­zuführen ist (s. auch Kap. 2.7). Die Umweltverträglichkeitsprüfung umfasst die Ermittlung, Beschreibung und Bewertung der Auswirkungen eines Vorhabens auf Menschen, Tiere und Pflanzen, Boden, Wasser, Luft, Klima und Landschaft einschließlich der jeweils auftretenden Wechselwirkungen. Hinweise zur Festlegung des Untersuchungsrahmens finden sich in § 5 UVPG. Die für das Verfahren notwendigen Unterlagen werden in § 6 UVPG präzisiert. Diese müssen zumindest folgende Angaben enthalten (vereinfacht dargestellt): • Beschreibung des Vorhabens, Art und Umfang sowie Bedarf an Grund und Boden.

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2  Rechtlicher Rahmen

• Angaben zu den zu erwartenden Emissionen und Reststoffen • Beschreibung der Maßnahmen, mit denen erhebliche Beeinträchtigungen der Umwelt vermieden, vermindert oder soweit möglich ausgeglichen werden, so­wie der Ersatzmaßnahmen bei nicht ausgleichbaren, aber vorrangigen Ein­griffen in Natur und Landschaft (u. a. Rose & Lindner, 1993). • Beschreibung der zu erwartenden erheblichen Auswirkungen des Vorhabens auf die Umwelt. Zusätzlich sind die wichtigsten Vorhabensalternativen darzustellen, die im Verfahren geprüft worden sind und die wesentlichen Auswahlgründe. Nicht alleine aus Beweissicherungsgründen gehört zu den Vorhabensalternativen auch die Untersuchung der „Nullvariante“, d. h. wie sich der betroffene Bereich ohne Ausführung der Maßnahme weiter entwickeln würde. Dabei sind bereits viele Fragen zu beantworten, die auch die Eingriffsregelung (s. Kap. 2.10.2) betreffen. Auch bei der Umweltverträglichkeitsprüfung ist eine breite Beteiligung der Öffentlichkeit vorgeschrieben. Dazu zählen die öffentliche Bekanntmachung, die Möglichkeit zur Einsicht in die Antragsunterlagen, die Möglichkeit zur Äußerung sowie die Unterrichtung der Betroffenen und Einwender über Entscheidungen im Verfahren.

2.10.2 Eingriffsregelung Gesetzliche Grundlage der Eingriffsregelung sind die §§ 18 bis 21 BNatSchG (siehe Kap. 2.6). Eingriffe Eingriffe in Natur und Landschaft im Sinne des Bundesnaturschutzgesetzes sind Veränderungen der Gestalt oder Nutzung von Grundflächen oder Veränderungen des mit der belebten Bodenschicht in Verbindung stehenden Grundwasserspiegels, welche die Leistungs- und Funktionsfähigkeit des Naturhaushalts oder das Landschaftsbild erheblich beeinträchtigen können (§ 18 Abs. 1 BNatSchG). Eine land-, forst- und fischereiwirtschaftliche Bodennutzung ist nicht als Eingriff anzusehen, soweit dabei die Ziele und Grundsätze des Naturschutzes und der Landschaftspflege berücksichtigt werden (§ 18 Abs. 2 BNatSchG). Weiterhin gibt es spezielle Regelungen, z. B. für die Wiederaufnahme einer Bewirtschaftung nach einer Extensivierung (§ 18 Abs. 3 BNatSchG). Auch wird den Ländern ein Spielraum zur Schaffung eigener Regelungen eingeräumt.

2.10  Unselbstständige Teile verwaltungsbehördlicher Verfahren und ...

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Verursacherpflichten Nach § 19 Abs. 1 BNatSchG gilt: „Der Verursacher eines Eingriffs ist zu verpflichten, vermeidbare Beeinträchtigungen von Natur und Landschaft zu unterlassen“. In § 19 Abs. 2 BNatSchG heißt es weiter: „Der Verursacher … ist zu ver­pflichten, unvermeidbare Beeinträchtigungen durch Maßnahmen des Naturschutzes und der Landschaftspflege vorrangig auszugleichen (Ausgleichsmaßnahme) oder in sonstiger Weise zu kompensieren (Ersatzmaßnahmen)“. Ausgeglichen ist eine Beeinträchtigung u. a., wenn die beeinträchtigten Funk­ tionen des Naturhaushalts und das Landschaftsbild landschaftsgerecht wieder hergestellt sind. Kompensiert ist eine Beeinträchtigung, wenn die beeinträchtigten Funktionen gleichwertig ersetzt worden sind. Werden durch den Eingriff Biotope zerstört, die als Lebensräume für streng geschützte Arten nicht ersetzbar sind, dann ist die Maßnahme nur unter sehr strengen Auflagen genehmigungsfähig (s. § 19 Abs. 3 BNatSchG). Die Anrechnung von Kompensationsmaßnahmen (Ersatzmaßnahmen, wie z. B. Ersatzzahlungen, Ökopunktekonto) können die Länder in eigener Regie regeln (§ 19 Abs. 4 BNatSchG). Projekte in Schutzgebieten Bei Maßnahmen in Schutzgebieten gelten strenge Vorschriften. Die entsprechenden Regelungen finden sich in Abschn. 4, „Schutz, Pflege und Entwicklung bestimmter Teile von Natur und Landschaft“, des Bundes­naturschutzgesetzes (§§ 22 bis 38 BNatSchutzG). Zu unterscheiden ist zwischen Schutzgebieten nach §§ 23 bis 30 BNatSchG einerseits und denjenigen Schutzgebieten, die dem Aufbau des Netzes „Natura 2000“ dienen (§§ 32 bis 33 BNatSchG). Erstere Schutzgebiete umfassen die Kategorien: • Naturschutzgebiete (§ 23 BNatSchG) • Nationalparke (§ 24 BNatSchG) • Biosphärenreservate (§ 25 BNatSchG) • Landschaftsschutzgebiete (§ 26 BNatSchG) • Naturparke (§ 27 BNatSchG) • Naturdenkmale (§ 28 BNatSchG) • Geschützte Landschaftsbestandteile (§ 29 BNatSchG) • Gesetzlich geschützte Biotope (§ 30 BNatSchG)

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2  Rechtlicher Rahmen

Die jeweiligen Besonderheiten der vorgenannten Schutzgebiets­arten kön­nen unter den angegebenen Paragraphen nach­gelesen werden. Die Bestimmung zum Schutzgebiet erfolgt durch die Bundesländer (§ 22 BNatSchG). Aus der Er­klärung zum Schutzgebiet können u. a. Schutz­gegenstand, Schutz­zweck und die zur Erreichung des Schutzzweckes notwendigen Ge­bo­te und Verbote entnommen werden. Aus dieser Erklärung kann sich die Unzulässigkeit eines Vorhabens unmittelbar ergeben. Die §§ 32 bis 38 BNatSchG dienen dem Aufbau und dem Schutz des Europäi­ schen ökologischen Netzes „Natura 2000“ (s. auch Kap. 2.1.2). In § 34 BNatSchG wird geregelt, dass Projekte vor ihrer Zulassung oder Durchführung auf ihre Verträglichkeit mit den Erhaltungszielen eines Gebietes von gemeinschaftlicher Bedeutung oder eines Vogelschutzgebietes zu prüfen sind. Treten erhebliche Beeinträchtigungen auf, ist ein Vorhaben unzulässig. Ausnahmegründe, die dazu führen können, dass ein Projekt trotzdem zugelassen und durchgeführt wer­den kann, finden sich in § 34 Abs. 3 BNatSchG. Prioritäre Biotope bzw. Arten Falls sich prioritäre Biotope bzw. prioritäre Arten im Projektbereich befinden, gelten die sehr strengen gesetzlichen Regelungen des § 34 Abs. 4 BNatSchG („Verträglichkeit und Unzulässigkeit von Projekten“): „Befinden sich in dem vom Projekt betroffenen Gebiet prioritäre Biotope oder prioritäre Arten, können als zwingende Gründe des überwiegenden öffentlichen Interesses nur solche in Zusammenhang mit der Gesundheit des Menschen, der öffentlichen Sicherheit, einschließlich der Landesverteidigung und des Schutzes der Zivilbevölkerung, oder den maßgeblich günstigen Auswirkungen des Projektes auf die Umwelt geltend gemacht werden. …“ Eine Durchführung von Projekten in derartigen Bereichen sind nur in sehr en­gen Grenzen möglich. Sie bedürfen einer Stellungnahme der Europäischen Kom­mission (s. dazu § 34 Abs. 4 und 5 BNatSchG). Verfahrensinhalte Aufgrund vieler Verfahrensgemeinsamkeiten und Erfordernisse kann die Eingriffsregelung auch als ein naturschutzfachlicher Bestandteil einer Umweltverträglichkeitsprüfung angesehen werden. Die Länderarbeitsgemeinschaft „Naturschutz, Landschaftspflege und Erholung“ (LANA) hat die wesentlichen Verfahrensschritte in Empfehlungen zusammengefasst (LANA, 1995; BfN, 2003a), an denen sich die folgenden Ausführungen orientieren. Vereinfacht besteht das Instrument der Eingriffsregelung aus den folgenden Verfahrensschritten:

2.10  Unselbstständige Teile verwaltungsbehördlicher Verfahren und ...

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• Abgrenzung des Untersuchungsraumes. Der Untersuchungsraum mit seinen Bestandteilen Vorhabensort, Eingriffsraum, Wirkraum und Kompensationsraum muss sich an die vom Vorhaben ausgehenden erheblichen oder nachhal­tigen Beeinträchtigungen flexibel anpassen. • Erfassung und Bewertung von Natur und Landschaft des Untersuchungs­ raumes. Die Entscheidung über die Wirkungen von Eingriffen erfordern eine systematische, problemorientierte und den jeweiligen Planungsebenen ange­messene Erfassung und Bewertung von Natur und Landschaft des Untersu­chungsraumes. Hierbei sind alle Funktions‑ und Wertungselemente des Natur­haushaltes zu erfassen. Die Bestandsaufnahme soll den aktuellen Zustand und die Entwicklungsmöglichkeiten berücksichtigen. • Ermittlung der vorhabensbedingten Wirkungen. In diesem Verfahrensschritt sollen alle wichtigen Wirkungen eines Vorhabens ermittelt werden. Dabei spie­len Reichweite, Intensität und Dauer und das Zusammenwirken von einzelnen Wirkungen eine besondere Rolle. • Ermittlung der Beeinträchtigungen. Hierunter werden alle negativen Verän­ derungen und Beeinträchtigungen erfasst, die auf die Funktionen und Werte der Schutzgüter einwirken. Ausreichend ist die Wahrscheinlichkeit bzw. die Vermutung eines Eintritts. • Ermittlung der Erheblichkeit und Nachhaltigkeit der Beeinträchtigungen. Werden die Schutzgüter durch die Wirkungen eines Vorhabens derart verän­ dert, so dass das Selbstregenerationsvermögen der Natur überfordert oder der vorhandene Entwicklungsprozess verändert wird, handelt es sich um eine er­hebliche Beeinträchtigung. Werden die Auswirkungen eines Vorhabens nicht unmittelbar wirksam, sondern erst zeitlich verzögert und dauerhaft, sind die Beeinträchtigungen als nachhaltig zu bezeichnen. • Ermittlung von vermeidbaren Beeinträchtigungen. Als vermeidbare Beein­ trächtigung ist hier nicht nur das gesamte Vorhaben gemeint, sondern auch einzelne Beeinträchtigungen, die von ihm ausgehen. Vermeidbar sind Beein­ trächtigungen insbesondere dann, wenn kein Bedarf für das Vorhaben besteht, das Vorhaben in der geplanten Form keine geeignete Lösung darstellt oder es eine Variante mit geringeren Beeinträchtigungen gibt. Einige Landesgesetze sehen eine Maßnahme auch als vermeidbar an, wenn es andere, für den Natur­schutz weniger wichtige Standorte gibt. • Bestimmung der Ausgleichbarkeit erheblicher oder nachhaltiger Beeinträch­ tigungen. Unvermeidbare erhebliche oder nachhaltige Beeinträchtigungen der Leistungsfähigkeit des Naturhaushaltes sind auszugleichen. Sie gelten als aus­geglichen, wenn alle erheblichen Beeinträchtigungen auf ein unerhebliches Maß reduziert sind und weitere Beeinträchtigungen nicht nachhaltig wirken können. Unterschieden wird zwischen einer standörtlichen und zeitlichen Wiederherstellbarkeit. • Ermittlung von Ausgleichs‑ und Ersatzmaßnahmen. Von einer Ausgleichs­ maßnahme wird gesprochen, wenn zeitnah (bis maximal 25 Jahre) keine­erheblichen oder nachhaltigen Beeinträchtigungen der Funktionen und Werte des Naturhaushaltes zurückbleiben. Bei einer Ersatzmaßnahme werden diese

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2  Rechtlicher Rahmen

Vorgaben nicht eingehalten. Der Raum, in dem Ausgleichs‑ und Ersatzmaß­ nahmen ausgeführt werden, ist der Kompensationsraum. • Gegenüberstellung von Beeinträchtigungen, Vorkehrungen zur Vermeidung, Ausgleichs‑ und Ersatzmaßnahmen. Für die Gegenüberstellung müssen die Ergebnisse der vorab beschriebenen Verfahrensschritte der Eingriffsregelung in übersichtlicher, nachvollziehbarer Form dargestellt werden. • Durchführung von Erfolgskontrollen. Erfolgskontrollen sollen sicherstellen, dass die festgelegten Maßnahmen durchgeführt wurden und die Prognosen, getroffenen Entscheidungen und Maßnahmen richtig waren und die angestrebten Erwartungen erfüllen. In LANA (1995) finden sich umfangreiche und detaillierte Aufstellungen über Funktionen und Hauptbeeinträchtigungsfaktoren für die einzelnen Schutzgüter sowie Hinweise zum Untersuchungsrahmen. Ist eine Kompensation in Form von Ausgleichs‑ oder Ersatzmaßnahmen nicht­möglich, kann eine Ersatzvornahme oder eine Ausgleichsabgabe festgelegt­ werden. Als Maß für die Höhe der Ausgleichsabgabe kommen u. a. folgende Bewertungsansätze in Frage: • Bewertung des monetären Vorteils für den Verursacher, wirtschaftliche Zu­mutbarkeit und Nutzen für die Allgemeinheit. • Kosten, die der Verursacher für die Ersatzmaßnahme hätte aufbringen müssen. • Bewertung der einzelnen Funktionen des Naturhaushaltes anhand von Wertigkeitsskalen • Klassifizierung nach Biotoptypen Jedes der aufgeführten Verfahren hat seine Vor‑ und Nachteile, so dass keine abschließende Empfehlung gegeben werden kann. Für weitere Details des Verfahrens muss auf die Literatur verwiesen werden. Speziell auf die Umweltverträglichkeitsprüfung von UVP-pflichtigen Vorhaben aus dem Bereich „Wasser“ abgestimmt sind die Arbeitsmaterialien der Länderarbeitsgemeinschaft Wasser (LAWA, 1997). Diese Schrift enthält u. a. Hinweise zu folgenden Themen: • Rechtsgrundlagen der Umweltverträglichkeitsprüfung • Genereller Verfahrensablauf der UVP • UVP-pflichtige Vorhaben im Bereich der Wasserwirtschaft • Unterrichtung über den voraussichtlichen Untersuchungsrahmen • Beteiligung anderer Behörden und Einbeziehung der Öffentlichkeit • Zusammenfassende Darstellung der Umweltauswirkungen • Bewertung der Umweltauswirkungen und Berücksichtigung des Ergebnisses bei der Entscheidung Der Anhang der Schrift enthält entsprechende Arbeitshilfen mit detaillierten Hinweisen für die Praxis.

2.11  Bestimmungen in der Schweiz

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2.11 Bestimmungen in der Schweiz Die Schweiz ist ein Bundesstaat wie die Bundes­republik Deutschland. In Bezug auf die wasserrechtlichen Festlegungen bestehen jedoch Unterschiede, welche meist auf die historisch gewachsenen Organisationsstrukturen zurückzuführen sind. In der Schweiz hat der Bund auf dem Gebiet der Wasser­wirtschaft Rah­men­ kompetenz. So beschäftigt sich Art. 76 der Bundesverfassung vom 18. April 1999 mit Fragen der Wasserwirtschaft. Er lautet: Art. 76 Wasser 1

 Der Bund sorgt im Rahmen seiner Zuständigkeiten für die haushälterische Nutzung und den Schutz der Wasservorkommen sowie für die Abwehr schädigender Einwirkungen des Wassers. 2

 Er legt Grundsätze fest über die Erhaltung und die Erschließung der Wasservorkommen, über die Nutzung der Gewässer zur Energieerzeugung und für Kühlzwecke sowie über andere Eingriffe in den Wasserkreislauf.

3

  Er erlässt Vorschriften über den Gewässerschutz, die Sicherung angemessener Restwassermengen, den Wasserbau, die Sicherheit der Stauanlagen und die Beeinflussung der Niederschläge. 4

 Über die Wasservorkommen verfügen die Kantone. Sie können für die Wassernutzung in den Schranken der Bundesgesetzgebung Abgaben erheben. Der Bund hat das Recht, die Gewässer für seine Verkehrsbetriebe zu nutzen; er entrichtet dafür eine Abgabe und eine Entschädigung. 5

 Über Rechte an internationalen Wasservorkommen und damit verbundene Abgaben entscheidet der Bund unter Beizug der betroffenen Kantone. Können sich Kantone über Rechte an interkantonalen Wasservorkommen nicht einigen, so entscheidet der Bund. 6

  Der Bund berücksichtigt bei der Erfüllung seiner Aufgaben die Anliegen der Kantone, aus denen das Wasser stammt. Für den naturnahen Wasserbau sind insbesondere das Bundesgesetz über den Wasserbau (WBG) vom 21. Juni 1991, in Kraft gesetzt am 1. Januar 1993, und die „Ver­ordnung über den Wasserbau (WBV)“ vom 2. November 1994, in Kraft getreten am 1. Dezember 1994, von Interesse. Diese Rechtsnormen bezwecken ... „ ... den Schutz von Menschen und erheblichen Sachwerten vor schädlichen Auswirkungen des Was­sers, insbesondere vor Überschwemmungen, Erosionen und Feststoffablagerun­gen (Hochwasserschutz)“.

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2  Rechtlicher Rahmen

Über die Zuständigkeiten und die Ziele wird folgendes ausgeführt: „Der Hoch­wasserschutz ist Aufgabe der Kantone. Diese gewähr­leisten den Hochwasserschutz in erster Linie durch den Unterhalt der Gewässer und durch raumplanerische Maßnahmen. Reicht dies nicht aus, so müssen Maßnahmen wie Verbauungen, Eindämmungen, Korrektionen, Geschiebe‑ und Hochwasserrück­halteanlagen sowie alle weiteren Vorkehrungen, die Bodenbe­we­gungen verhindern, getroffen werden. Diese Maßnahmen sind mit jenen aus anderen Bereichen gesamthaft und in ihrem Zusammen­wirken zu beurteilen“. Gewässer, Ufer und Werke des Hochwasserschutzes müssen unterhalten wer­ den, so dass der vorhandene Hochwasserschutz, insbesondere die Abflusskapa­ zität, erhalten bleibt. Bei Eingriffen in das Gewässer muss dessen natürlicher Verlauf möglichst bei­behalten oder wiederhergestellt werden, Gewässer und Ufer müssen so gestaltet werden, dass sie ... • einer vielfältigen Tier‑ und Pflanzenwelt als Lebensraum dienen können, • die Wechselwirkungen zwischen ober‑ und unterirdischen Gewässern weitgehend erhalten bleiben, • eine standortgerechte Ufervegetation gedeihen kann. In überbauten Gebieten kann die Behörde Ausnahmen bewilligen. Für die Schaf­fung künstlicher Fließgewässer und die Wiederin­stand­stel­lung bestehender Ver­bauungen nach Schadenereignissen gelten die Ziffern a bis c sinngemäß. Für den Vollzug (Umsetzung) des Wasserbaugesetzes ist es ein großer Vorteil, dass im Bundesgesetz über den Schutz der Gewässer (Gewässerschutzgesetz) diese Grundsätze gleich lautend enthalten sind (Art. 4 Wasserbaugesetz und Art. 37 Gewässerschutzgesetz). Hinsichtlich der Finanzierung von Hochwasserschutzmaßnahmen werden folgende Regelungen getroffen: „Der Bund leistet im Rahmen der bewilligten Kredite an die Kantone Abgel­tungen für Maßnahmen des Hochwasserschutzes, namentlich für • die Erstellung von Schutzbauten und Anlagen, • die Erstellung von Gefahrenkatastern und Gefahrenkarten, die Einrichtung und • den Betrieb von Messstellen sowie den Aufbau von Frühwarndiensten zur Sicherung von Siedlungen und Verkehrswegen“. Abgeltungen (Ausgleichszahlungen) werden nur gewährt, wenn die vorgesehe­nen Maßnahmen auf einer zweckmäßigen Planung beruhen und die gesetzlichen Anforderungen erfüllen. Für Unterhaltungsmaßnahmen werden keine Zuschüs­se gewährt. Der Bund kann den Kantonen Finanzhilfen für die Wiederherstel­lung naturnaher Verhältnisse bei wasserbaulich belasteten Gewässern leisten.

2.11  Bestimmungen in der Schweiz

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In der Schweiz behält sich der Bund ein weitreichendes Mitsprache­recht vor. Neben den finanziellen Abgeltungen legt die Verordnung über den Wasserbau in Art. 16 fest, dass die Kantone Projekte noch vor der Entscheidung über die Maß­nahmen dem Bundesamt für Wasserwirtschaft vorzulegen haben. Die Kantone vollziehen das Bundesgesetz über den Wasserbau und erlassen die erforderlichen Vorschriften. So hat zum Beispiel der Kanton Zürich ein eigenes Wasserwirtschaftsgesetz vom 2. Juni 1991 erlassen, das den Hochwasserschutz, die Wasserbaupolizei, die Nutzung der Gewässer und die Wasserversorgung regelt. Einen Meilenstein im Gewässerschutz und Wasserbau des Kantons Zürich setzte die Stimmbevölkerung am 27. Februar 2005. Mit Annahme der neuen Verfassung für den Kanton Zürich stimmten die Stimmbürgerinnen und Stimmbürger auch Art. 105 Abs. 3 zu: „Sie (Anmerk. d. Autoren: Kanton und Gemeinden) sorgen für den Schutz vor Hochwasser und anderen Naturgefahren. Sie fördern die Renaturierung der Gewässer“. Bemerkenswert mit Blickwinkel auf naturnahen Wasserbau ist das vom Schwei­ zerischen Bundesrat beschlossene Bundesgesetz über den Natur‑ und Heimat­ schutz (NHG) vom 1. Juli 1966, auf dessen Grundlage umfangreiche Schutzgebiete verordnet werden können. Dazu zählt z. B. auch die Verordnung über den Schutz der Auengebiete von nationaler Bedeutung vom 28. Oktober 1992. Auf der Grund­lage dieser Bestimmungen werden über 220 Auengebiete geschützt. Dazu wird in der Verordnung ausgeführt: „Die Objekte sollen ungeschmälert erhalten werden. Zum Schutzziel gehören insbesondere die Erhaltung und Förderung der auentypischen einheimischen Pflanzen‑ und Tierwelt und ihrer ökologischen Voraussetzungen sowie die Erhaltung und soweit es sinnvoll und machbar ist, die Wiederherstellung der natür­lichen Dynamik des Gewässer‑ und Geschiebehaushalts. Ein Abweichen vom Schutzziel ist nur zulässig für unmittelbar standortgebundene Vorhaben, die dem Schutz des Menschen vor schädlichen Auswirkungen des Wassers oder einem anderen überwiegenden öffentlichen Interesse von ebenfalls nationaler Bedeutung dienen. Ihr Verursacher ist zu bestmöglichen Schutz‑, Wiederherstellungs- ­oder ansonst angemessenen Ersatzmaßnahmen zu verpflichten“. Ähnliche Ver­ordnungen gibt es zum Schutz der Flachmoore und der Hochmoore. Weitere Schweizer Bundesgesetze zum Gesamtspektrum Wasserwirtschaft und naturnaher Wasserbau sind: • Bundesgesetz zum Schutz der Gewässer vom 24. Januar 1991 (Stand 21. Dezember 1999) mit Gewäs­serschutzverordnung vom 28. Oktober 1998 (Stand am 18. Dezember 2001)

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2  Rechtlicher Rahmen

• Bundesgesetz zur Nutzbarmachung der Wasserkräfte vom 22. Dezember 1916 (Stand 28. Januar 2003) • Bundesgesetz über den Umweltschutz vom 7. Oktober 1983 (Stand am 27. November 2001), das die Grundlage für die Verordnung über die Umweltverträglichkeitsprüfung vom 19. Oktober 1988 (Stand am 28. März 2000) ist. • Bundesgesetz über die Fischerei vom 21. Juni 1991 (Stand 21. Dezember 1999)

Kapitel 3

Morphologie der Fließgewässer

Geologische und klimatische Einflussfaktoren im jeweils durchflossenen Naturraum bestimmen die Entwicklung der Fließgewässer. Langfristige Prozesse bilden den Rahmen, in den sich kurzfristige Abläufe einfügen. In einem natürlichen Fließgewässer sind Linienführung und Längsprofil vorwiegend durch das Relief geprägt, während Erosion, Transport und Sedimentation das Gewässerbett formen. Langfristige und kurzfristige Prozesse überlagern sich ständig und finden ihren Ausdruck in der Gewässer- und Auenmorphologie (Bild 3.1). Der Begriff „Wasser“ nach DIN 4049 Teil 1 beinhaltet alle in der Natur vorkommenden Arten von Wasser einschließlich aller darin gelösten, emulgierten und suspendierten Stoffe. Unter „Gewässerbett“ sind gemäß DIN 4047 Teil 5 die seitlichen Begrenzungen (Ufer) und die untere Begrenzung (Sohle) eines Gewässers zu verstehen. Nach DIN 4049 ist „Gewässer“ die Bezeichnung für das in der Natur fließende oder stehende Wasser einschließlich Gewässerbett und Grundwasserleiter. Eine Definition der Länderarbeitsgemeinschaft Wasser (LAWA) geht weiter, da diese den Talraum mit einschließt (LAWA, 1996). Die Entwicklung der Fließgewässer ist von einer Vielzahl sich gegenseitig beeinflussender Prozesse abhängig, deren Gesamtauswirkungen sich u. a. in den

Bild 3.1  Einflussfaktoren auf die Fließgewässerentwicklung H. Patt, Naturnaher Wasserbau © Springer 2009

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3  Morphologie der Fließgewässer

abiotischen Parametern Linienführung, Längs- und Querprofil sowie Sohlenstruktur widerspiegeln. Die Veränderung eines Parameters bewirkt immer eine mehr oder weniger umfassende Anpassung aller anderen Faktoren. Obwohl die Kombinationsmöglichkeiten in diesem natürlichen Entwicklungsprozess sehr vielfältig sind, und einige Zusammenhänge noch der Klärung bedürfen, lassen sich vielfach Abhängigkeiten zwischen den einzelnen Einflussfaktoren feststellen (Boon et al., 1991; Billi et al., 1992; ATV-DVWK, 2002b). Bei einer intensiven oder gar nachhaltigen Einflussnahme durch den Menschen wird die Flexibilität dieses natürlichen Entwicklungsprozesses eingeschränkt bzw. die gesamte Ausrichtung verändert. Für die Planung und Umsetzung von Maßnahmen im naturnahen Wasserbau sind die Kenntnis und das Verständnis für diese Zusammenhänge von grundlegender Bedeutung. Aus Gründen der Systematik wurde für die Darstellung der Fließgewässerent­ wicklung eine Unterteilung in abiotische (s. Kap. 3) und biotische Einflüsse (s. Kap. 4) gewählt, auch wenn diese Unterscheidung aufgrund der vielen Verknüpfungen nicht immer konsequent einzuhalten war. In den jeweiligen Kapiteln werden sowohl die natürliche Gewässerentwicklung als auch die Auswirkungen anthropogener Einflüsse beschrieben.

3.1 Klima Das Klima ist der mittlere Zustand der Atmosphäre über einem festgelegten Gebiet. Elemente des Klimas sind Temperatur, Niederschlag, Luftfeuchte, Windrichtung, Windstärke, Bewölkung und Sonnenscheindauer. Aus der breitengrad­abhängigen Strahlungsintensität und den jeweils typischen Zirkulationen ergeben sich gewisse Regelmäßigkeiten, die ihren Ausdruck in den unterschiedlichen Klimazonen finden (Trockenklimate, Regenwaldklimate usw.). Von besonderer Bedeutung für die unterschiedlichen Klimasysteme ist die atmosphärisch-ozeanische Zirkulation, in die auch der Wasserkreislauf eingebunden ist. In Mitteleuropa entscheidet die Häufigkeit der Advektion (Luftzufuhr aus anderen Klimagebieten) von polarer und subtropischer Luft über Wärme und Feuchtigkeit des Klimas. Die Häufigkeit der Advektion wird durch die all­gemeine Zirkulation der Atmosphäre bestimmt. Die lokalen Klimafaktoren werden durch die geographische Breite bestimmt, da davon z. B. die mittlere Neigung der Sonneneinstrahlung und deren Intensität abhängen. Die Ausbildung der Erdoberfläche als Meer oder Land, dessen Topographie (Berg, Tal) und Vegetationsbedeckung (Wald und Freiland) sind ebenfalls von Bedeutung. Durch das Zusammenwirken lokaler Klimafaktoren und Advektion entsteht das lokale Klima. Unterschiedliche Intensitäten der lokalen Klimafaktoren bewirken wiederum lokale Zirkulationen. Zur Unterscheidung der Begriffe Klima, Witterung und Wetter kann die Dauer eines „klimatischen Geschehens“ herangezogen werden. Der Begriff „Wetter“ kennzeichnet lokale Klimavorgänge im Bereich von Stunden bis Ta-

3.1  Klima

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gen, die Witterung erfasst den Bereich von Monaten bis zu den Jahreszeiten und das Klima darüber hinaus reichende Zeiträume. Zur Abgrenzung von Wetter und Klima (in der angelsächsischen Literatur wird der Begriff „Witterung“ nicht verwendet) wird auch die theoretische Obergrenze der Vorhersagewahrscheinlichkeit des Wetters benutzt. Diese beträgt ca. 2 bis 4 Wochen. Räumlich ist die Klimaskalierung offen; man spricht über das Lokal-, Regional- und Globalklima (Schönwiese, 1996). In flächendeckender Form sind erst seit etwa 100 Jahren Klimadaten in geeigneter Form verfügbar (vornehmlich Temperatur, Niederschlag und Luftdruck). Die entsprechenden Messreihen repräsentieren die Schwankungen der einzelnen Klimaelemente in ihren jeweiligen zeitlichen und räumlichen Ausprägungen. Derartige Datenreihen bilden die Grundlage für statistische Analysen und Vorhersagen der Meteorologie. Ausgewertete Klimadaten von ausgewählten Messstationen werden z. B. vom Deutschen Wetterdienst in den jährlich erscheinenden „Deutschen Meteorologischen Jahrbüchern“ veröffentlicht. Für die Wasserwirtschaft, und somit auch für den Wasserbau, sind die Art des Niederschlages (z. B. Regen, Schnee), seine Intensität, Verteilung und Dauer we­sentliche Planungsgrößen. Klimaänderungen werden in letzten Zeit immer häufiger als Grund für die Veränderungen der hydrologischen Parameter genannt (Stocker, 2003; Romero & Meuli, 2003). In den letzten Jahren ist es immer mehr zur Gewissheit geworden, dass die außergewöhnlich starke Erwärmung nicht nur durch natürliche Klimaschwankungen erklärt werden kann. Ein von der UNO eingesetztes Expertengremium, das Intergovernmental Planel on Climate Change (IPCC), hat festgestellt, dass ein Großteil der Erwärmung, die in den letzten fünfzig Jahren beobachtet wurde, auf menschliche Aktivitäten zurück zu führen sind (IPCC, 2007). Als Folge der Erwärmung wird laut dem Expertengutachten mit einem vermehrten Auftreten von extremen Wetterereignissen und Naturkatastrophen gerechnet. Nach Seiler (2003) befinden wir uns derzeit inmitten eines umfangreichen globalen Klimawandels, der sich auf der regionalen Ebene unterschiedlich auswirkt und mit erheblichen ökologischen, ökonomischen sowie sozialen Folgen verbunden ist. Dieser Klimawandel und seine heute bereits erkennbaren Auswirkungen sind für jeden nachvollziehbar. Kennzeichen sind u. a. der Rückgang der Gletscher, das immer tiefere Auftauen der Permafrostböden im Hochgebirge, das veränderte Zugverhalten der einheimischen Zugvögel, der immer frühere Austrieb der Pflanzen, aber auch die Zunahme von meteorologischen Extremereignissen und die damit verbundenen Folgen, wie Überschwemmungen, Dürreperioden und Lawinenabgänge. Die Reduktion der Treibhausgasemissionen, d.h. die Umstellung von fossilen Energieträgern (Kohle, Öl und Gas) auf erneuerbare Energien wie Wasser, Wind, Sonne, Biomasse und Geothermie ist deshalb heute ein wichtiges Ziel der Klimaschutzpolitik (BMU, 2003c). Die Wasserwirtschaft reagiert mit unterschiedlichen Konzepten und Anpassungsstrategien auf diese Veränderungen (u. a. Sprokkereef, 2006; Brahmer, 2006; Kleeberg, 2003).

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3  Morphologie der Fließgewässer

3.2 Geomorphologie Die klimatischen Einwirkungen auf die geologischen Formationen prägen die Form der Erdoberfläche (Relief). Die Geomorphologie beschreibt die sich ausbildenden Formen, beschäftigt sich mit ihrer Entstehung und versucht, die Gesetzmäßigkeiten ihrer Verbreitung zu erklären. Enge Beziehungen bestehen daher auch zu Lithologie, Petrographie und Bodenkunde. Durch die Verbindung von oberirdischem und unterirdischem Wasser sind u. U. auch hydrogeologische Aspekte zu berücksichtigen. Die unterschiedlichenTalformen werden von den tektonischen Vorbedingun­ gen, den Auswirkungen der Eiszeiten, von der Böschungsabtragung auf den Tal­flanken und dem Abtransport der Gesteinsmassen (fluviale Linearerosion) ge­prägt (Hrissanthou, 2001). An der weiteren Entwicklung der vorhandenen Morphologie sind Klima­faktoren (Niederschlag, Wind, Temperatur) und Standortfaktoren (z. B. Geologie, Geomorphologie, Boden, Vegetation) gleichermaßen beteiligt. Beim Verwitterungsprozess wird zwischen physikalischer und chemischer Ver­witterung unterschieden. Verantwortlich für die physikalische Verwitterung sind hauptsächlich mechanische Vorgänge, wie z. B. das Heraussprengen ganzer Felsstücke durch die Volumenzunahme des Wassers beim Gefrieren. Die chemische Verwitterung (z. B. im Karst) ist von der chemischen Zusammensetzung des Lösungsmediums „Wasser“ und der Resistenz der Gesteine abhängig. Die beiden Verwitterungsarten treten häufig gemeinsam auf; die jeweiligen Anteile sind unterschiedlich. Verwitterungsart und -produkte bestimmen maßgeblich den Chemismus eines Fließ­gewässers. Nach der Lockerung des Gesteinsgefüges erfolgt der Abtrag der Schuttmassen mittels Massenselbstbewegungen (Stürze, Rutschungen, Fließbewegungen) und Massenschurf (durch Schnee in Form von Lawinen, durch Wasser in Form von Rinnenerosion oder Tiefen- und Seitenerosion im Gewässer – weitere Begriffe s. DIN 19 663). Erosionen sind Massenverlagerungen von Böden, Lockergestei­nen und Festgesteinen mittels Wind oder Wasser (s. DIN 4047 Teil 7). Das Wasser ist in diesen Prozessen sowohl Lösungs- als auch Transportmedium (ATV-DVWK, 2002b; DVWK, 1996c; BayLfW, 1996b). Die verschiedenen Formen des Massenabtrags bei Wildbächen sind in Bild 3.2 dargestellt. In Abhängigkeit von der Stabilität der Talflanken, der verfügbaren Feststoffmenge und der Transportkapazität des Fließgewässers sind charakteristische Talformen entstanden (Bild 3.3). Klammtäler sind dort zu finden, wo die rückschreitende Erosion auf stabile Talflanken trifft und gleichzeitig das Transportvermögen des Wassers ausreichend groß ist, um die Gesteinsmassen abzutransportieren. Die Gewässersohle besteht aus dem anstehenden Felsen; eine Sedimentbedeckung ist nicht vorhanden. Die Begrenzung durch die Talflanken erlaubt nur geringe Querbewegungen des Gewässers. Kerbtäler deuten auf eine ausreichende Versorgung mit Hangschutt und hinreichendes Transportvermögen des Gewässers hin. Blöcke und Geröll aus

3.2  Geomorphologie

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dem Hangschutt bilden die Gewässersohle, die i. d. R. mit Sedimenten bedeckt ist. Fließgewässer in einer derartigen Talform haben wenig Spielraum zur eigenständigen Bettbildung. Mulden- und Mäandertäler entstehen dort, wo die ausreichend vorhandenen Feststoffmaterialien aufgrund des zu geringen Transportvermögens nicht ab­trans­portiert werden. In Muldentälern findet die Laufentwicklung im vorhande­nen Hangschutt und in den eigenen Aufschüttungen statt, wobei durch Seitenschurf eine begrenzte Querentwicklung möglich ist. Die Sohle eines Fließgewässers in einem Mäandertal ist durch die Sedimente des jeweiligen Naturraumes gekennzeichnet.

Bild 3.2  Massenabtrag im alpinen Raum (nach Bunza, 1982; s. DIN 19 663)

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3  Morphologie der Fließgewässer

Bild 3.3  Peri- und postglaziale Talformen (nach Kern, 1994)

Voraussetzung für das Entstehen von Sohlentälern ist ein Übermaß an Ge­ schie­be, das sich im Talraum abgelagert hat. Bei stärkerem Gefälle und grobem Sohlenmaterial ist die Laufverlagerung von Fließgewässern in dieser Talform nur gering. Nimmt das Gefälle jedoch ab und besteht die Gewässersohle vorwie­gend aus Sand und Kies, ist eine starke Tendenz zur Laufverlagerung mit der Bildung der typischen Auenstrukturen vorhanden. In diesen Fließabschnitten kann die Querentwicklung eines Fließgewässers von Bewuchsstrukturen an den Ufern erheblich beeinflusst werden. In den Flachlandtälern sind Alluvialböden (z. B. Auenböden, Gleye, Marsche u. a.) vorzufinden, die aus angeschwemmten Böden und Sedimenten entstanden sind. Kennzeichen für die genannten Bodentypen sind u. a. schwankende Grundwasserstände. Die in Mitteleuropa vorzufindenden Talformen mit einer ausgeprägten Terrassenbildung (periglaziale Terrassenbildung) sind meist auf die Auswirkungen

3.2  Geomorphologie

61

Bild 3.4  Periglaziale Terrassenbildung (nach Kern, 1994)

der kaltzeitlichen Frostverwitterung zurückzuführen. Die Wechsel zwischen den unterschiedlichen Klimastadien (Warm- und Kaltzeiten) begünstigten sowohl die Böschungsabtragung als auch die fluviale Linearerosion. Die Täler verfügten über eine sehr große Geschiebezufuhr, so dass bei Hochwasser immer ausreichend große Geschiebemengen vorhanden waren. Bei abnehmendem Gefälle wurde das Geschiebe in den Tälern abgelagert. In den Tälern pendelten die Flüsse von Talrand zu Talrand und sorgten für eine gleichmäßige Verteilung der Geschiebemassen auf dem Talgrund. In den Warmzeiten zwischen den Kaltzeiten (Interglazialen) wurden die Hang­bereiche durch die Vegetation vor Abtrag geschützt, so dass weniger Hangschutt in den Talgrund gelangte. Aufgrund der stabilen Uferböschungen wurde das Feststoffmaterial aus der Sohle entnommen und die Gewässer tieften sich ein. An den Talrändern blieben dabei Bereiche stehen. Jeder Wechsel zwischen Kalt- und Warmzeiten führte so zu Terrassen unterschiedlichen Niveaus (s. Bild 3.4).

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3  Morphologie der Fließgewässer

3.3 Natürliche Fließgewässerentwicklung Den klimatischen Bedingungen entsprechend wird das Einzugsgebiet eines Fließ­­gewässers mit Niederschlägen versorgt (Regen, Schnee, Tau, Reif usw.). Die dort vorherrschenden Bedingungen (lokale Klimafaktoren, Bodenparameter u. a.) be­stimmen, welche Anteile verdunsten, versickern, über Grundwasser- und Sickerraum mehr oder weniger verzögert den Fließgewässern zufließen oder als Oberflächenabfluss innerhalb kurzer Zeit abflusswirksam werden (s. Kap. 6.2.3). Das Wasser aus Quellen und oberirdischem Abfluss sammelt sich in den Tä­ lern und fließt von dort unter Einfluss der Schwerkraft talabwärts. Auf seinem Weg bis zur Mündung werden verschiedene Zonen (Naturräume mit be­stimm­ ten geologischen Formationen u. a.) durchflossen, die sich in der unterschiedlichen Ausprägung bestimmter charakteristischer Merkmale des Fließgewässers niederschlagen. Die betroffenen abiotischen und biotischen Merkmale sind da­ her ständigen Veränderungen unterworfen. In den folgenden Unterkapiteln sollen nur die Einflüsse der abiotischen Faktoren auf die Fließgewässerentwicklung beschrieben werden. Auf die enge Verknüpfung mit den biotischen Parametern (s. Kap. 4) wird jedoch nochmals hingewiesen. Die zahlreichen Verweise im Text markieren nur die wichtigsten „Brüc­ken“ zwischen beiden Komplexen.

3.3.1 Gewässerbettbildende Prozesse Der Energielieferant für alle abiotischen Vorgänge ist das im Verlauf eines natürlichen Fließgewässers mehr oder weniger kontinuierlich abnehmende Gefälle. Die sich ständig wiederholenden Prozesse Erosion, Transport und Sedimentation prägen die Fließgewässerentwicklung und spiegeln sich in der Linienführung, im Längsschnitt, in der unterschiedlichen Ausformung der Querschnitte sowie in der Ausstattung der Gewässersohle wider (u. a. Mangelsdorf & Scheurmann, 1980; ATV-DVWK, 2000b und 2002b). Die Versorgung der Fließgewässer mit Feststoffmaterialien hängt von den Verhältnissen im Einzugsgebiet und vom Transportvermögen der Strömung ab (s. Kap. 3.2). Das Bettmaterial selbst stammt aus Feststoffherden im Oberlauf, von der Gewässersohle (Tiefenerosion) und von den seitlichen Berandungen (Seitenerosion). Das Material wird vom Wasser gelöst, aufgenommen und transportiert. Fließgewässer mit einem Überschuss an Strömungsenergie tiefen sich be­vorzugt ein, da die angreifenden Kräfte an der Sohle am größten sind. Bei kleineren Fließgewässern trägt das Wurzelwerk des Uferbewuchses zusätzlich zur Stabilität der Böschungen bei (s. Bild 3.5 und Farbtafel 20 S. 434 oben). In einem natürlichen Fließgewässer führt die Tiefenerosion zur Ausbildung von Kolken, Stromschnellen, Kaskaden und Wasserfällen. Die Seitenerosion fördert die Bildung von Steilhängen an den Prallufern (s. Bild 3.5). Diese wer-

3.3  Natürliche Fließgewässerentwicklung

63

Bild 3.5  Prall- und Gleitufer – die Ufervegetation am Prallufer stabilisiert die Böschungen und sorgt für eine Beschattung des Gewässers

den nach einiger Zeit unterspült, brechen ab (Böschungsabbrüche) und werden an­schließend von der Strömung abtransportiert. Auf diese Weise kommt es in diesen Bereichen zu einer allmählichen Verbreiterung des Gewässerbettes. Beim Wegbrechen der Böschungen gelangen aber auch unterspülte Bäume, losgerissene Sträucher u. a. in die Gewässer. Diese werden dann z. T. als

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3  Morphologie der Fließgewässer

Schwimmstoffe im Wasser mitgeführt. Andere Bewuchsstrukturen bleiben aufgrund ihrer Masse liegen oder setzen sich in stabilen Bewuchsstrukturen fest und beeinflussen so die Strömung lokal. Den Fließquerschnitt verlegende Materialien (z. B. Totholz) können zu einer erheblichen Reduzierung der Abflussleistung führen. Sind keine negativen Auswirkungen (z. B. Schäden an den Uferstrukturen, Ausuferungen) zu erwarten, sollten derartige Elemente im Gewässerbett verbleiben, da sie zur Erhöhung der Strukturvielfalt beitragen (s. Farbtafel 7 S. 421 oben). Andererseits müssen sie aus Gründen der Gefahrenabwehr durch die Gewässerunterhaltung (s. Kap. 12.3.2) entfernt werden, wenn die Abflussverhältnisse negativ beeinflusst werden. Ob eine Verklausung oder ein Genist entfernt werden muss, hängt oft nur von den Platzverhältnissen ab. Für das Gewässer als Lebensraum hat der Eintrag von organischen Materialien (Pflanzen, Sträucher, Bäume usw.) erhebliche Be­deutung (s. Kap. 4.1.4). Bei einer Querverlagerung des Gewässers nimmt das Gefälle durch die Laufverlängerung ab. Dadurch wird gleichzeitig die für die Strömungs- und Erosionsvorgänge zur Verfügung stehende Energie reduziert. Die mitgeführten Feststoffe setzen sich in Bereichen mit geringen Fließgeschwindigkeiten ab, wodurch der ursprünglich vorhandene Fließquerschnitt eingeengt wird (z. B. durch Kies- und Sandbänke). In einem natürlichen Fließgewässer werden diese Prozesse zusätzlich von den Schwankungen des Abflusses überlagert (s. Kap. 6.2). In Niedrigwasserzeiten lagern sich Feststoffe im Gewässerbett ab, wo sie eine Ablenkung der Strömung bewirken und sich bei höheren Abflüssen wieder in Bewegung setzen. Alle Gewässerbettstrukturen weisen daher mehr oder weniger ausgeprägte räumliche und zeitliche Komponenten auf. Den entsprechenden Rahmen bilden die klimatischen und geomorphologischen Gegebenheiten des jeweiligen Naturraumes (Kap. 3.1 und 3.2).

3.3.2 Linienführung (Laufform) In Abhängigkeit von Längsentwicklung und Gefälle wird die gesamte Fließstrecke eines Gewässers in Quellbereich, Oberlauf, Mittellauf, Unterlauf und Mündungsbereich eingeteilt. Sieht man von Quelle und Mündung einmal ab, präsentiert sich die Linienführung im Grundriss als ein mehr oder weniger ausgeprägter Wechsel von Prall- und Gleituferstrukturen (s. Bild 3.6 und Farbtafel 5 S. 419). Die Beziehung zwischen Gefälle, bordvollem Abfluss und Linienführung ist in Bild 3.7 dargestellt. Im Oberlauf (starkes Gefälle) ist die Linienführung mehr oder weniger „gestreckt“ (s. Farbtafel 8 S. 422 oben), der Mittellauf ist „gewunden“ oder „verästelt“ und der Unterlauf (geringes Gefälle) zeigt „mäandrierende“ (s. Bild 3.8) oder „verzweigte“ Laufformen. Im Oberlauf ist das Bettmaterial überwiegend grob (Blöcke, Steine usw.) und wird fast ausschließlich sohlennah als Geschiebe transportiert. Im Unterlauf

3.3  Natürliche Fließgewässerentwicklung

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Bild 3.6  Linienführung – Wechsel von Prall- und Gleitufer in einem Fließgewässer (nach Vischer & Huber, 2002)

100 x gestreckt verzweigt gewunden

Gerinnegefälle I s [0/00]

x x x x x 10

x

x x x

x xx x x x x x x x

1 x

x

verzweigt

x x

gewunden

0,1 1

10

1000 100 Abfluss Q [m3/s]

10000

100000

Bild 3.7  Laufentwicklung in Abhängigkeit vom Gefälle und bordvollem Abfluss (nach Leopold & Wolmann, 1957)

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3  Morphologie der Fließgewässer

Bild 3.8  Mäandrierendes Fließgewässer – diese Laufform ist typisch für Gewässerabschnitte mit geringem Gefälle (Mittel- und Unterläufe) und ausreichenden seitlichen Entwicklungsmöglichkeiten

dominieren die feineren Materialien (Feinböden, wie z. B. Schluffe, Tone). Diese werden vorwiegend in Form von Schwebstoff bewegt. Neben dem Gefälle und der davon abhängigen Transportkapazität haben die verfügbaren Feststoffmaterialien erheblichen Einfluss auf die Laufentwicklung der Fließgewässer. Bei geringer Feststofffracht ist die Linienführung auch bei wenig Gefälle weitgehend gestreckt. Mit zunehmender Feststofffracht wird die Laufentwicklung zunehmend durch die Umlagerungen im Gewässerbett beeinflusst (s. Farbtafel 2 S. 416 unten). Die Laufform geht daher mit abnehmendem Gefälle von einem verästelten zu einem verzweigten Verlauf über (s. Bild 3.9). Mit geringerem Sohlengefälle steigt die Tendenz zur Ausbildung von Mäandern (Gewässerschleifen). Diese ändern bei fortschreitender Erosionstätigkeit des Fließgewässers ständig ihre Form, bis es zuletzt im Bereich der Prallufer zum Durchbruch der Gewässerschleifen kommt (s. Bild 3.10, 3.11 und 3.13). Die Zeit bis zum Durchbruch eines Mäanders hängt von der Erosionsbeständigkeit der vorhandenen Böden und dem Uferbewuchs ab. Dichter Bewuchs mit Weiden oder Erlen kann ein Ufer über Jahre vor Erosion schützen (s. auch Bild 3.5). Altgewässer Gewundene und mäandrierende Fließgewässer mit geringem Gefälle begünstigen die Bildung von Altgewässern (Altarme, Altwasser und Qualmgewässer).

3.3  Natürliche Fließgewässerentwicklung

Bild 3.9  Laufformen von Fließgewässern (nach Hütte et al., 1994)

Bild 3.10  Entwicklung eines Mäanders bis zum Durchbruch der Gewässerschleifen

67

68

3  Morphologie der Fließgewässer

An der langgestreckten, gekrümmten Form lässt sich immer noch erkennen, dass sie ehemalige Gewässerstrecken sind (s. Bild 3.11). In Altgewässern sind daher die gleichen geomorphologischen Strukturen wie in Fließgewässern vorzufinden (Prallufer und Gleitufer, Struktur der ehemaligen Gewässersohle u. a.). Altarme sind ehemalige Gewässerstrecken die einseitig (bei beidseitiger Anbindung sind Altarme nicht dauernd durchströmt; dauernd durchströmte werden als Nebenarme bezeichnet) mit einem Fließgewässer in Verbindung stehen und dadurch den schwankenden Wasserständen ausgesetzt sind (s. Bild 3.12). Altwasser stehen dagegen nur bei Hochwasser mit dem eigentlichen Fließgewässer in Verbindung und nehmen nur dann am Abflussgeschehen teil (s. Farbtafel 11 S. 425 oben).

Bild 3.11  Beim Durchbrechen der Mäanderschleifen bilden sich Altgewässer Altwasser

FließDeich Qualm- Totarm gewässer gewässer

a

a'

a

a'

Altarm (auch bei beidseitigem Anschluss)

Bild 3.12  Typen von Altgewässern (nach DVWK, 1991a)

3.3  Natürliche Fließgewässerentwicklung

69

Bild 3.13  Entwicklung von Altgewässern (nach DVWK, 1991a)

Qualmgewässer sind durch Deiche vom eigentlichen Fließgewässerverlauf ge­trennt. Die Verbindung besteht nur über das Grundwasser. Totarme sind ehemalige Altgewässer die ganzjährig weder ober- noch unterirdisch eine Verbindung zum Flusswasser haben (wenn z. B. abgedichtete Deiche vorhanden sind). Die Strukturen von Altgewässern werden durch die Art der Überschwemmung beeinflusst. Unterschieden wird zwischen Überflutung (= fließendes Wasser) und Überstauung (= stehendes Wasser). Beide haben unterschiedliche Auswirkungen auf die abiotischen und biotischen Ausstattungsmerkmale (s. Kap. 4.1.5). Ein wesentlicher Aspekt bei Altgewässern ist deren Alterung. Beim Durchbruch von Mäandern entstehen Altarme, die sich im Zuge der Alterung bis hin zu einem Altwasser entwickeln (s. Bild 3.13). Dabei spielen Auflandungen und Verlandungen eine entscheidende Rolle (DVWK-GfG, 1998). Auflandungen werden überwiegend durch eingetragene Feststoffablagerungen (mineralisch) bei Überflutungen verursacht, während Verlandungen vorwiegend auf Ablagerungen von abgestorbenen organischen Substanzen zurückzuführen sind (s. Farbtafel 11 S. 425 unten). Im Unterlauf eines natürlichen Fließgewässers sind alle Übergangsstadien, vom mäandrierenden Fließgewässer bis hin zum Altwasser, vorzufinden. Altgewässer sind daher wesentliche Elemente einer natürlichen Flusslandschaft. An Fließgewässern mit gestreckter Linienführung (Oberlaufcharakter) können aufgrund der geringeren Querentwicklung keine Altgewässer entstehen. Die an den Gewässern mit mittlerem Gefälle (Mittellaufcharakter) vorzufindenden Nebenarme sind wiederum viel zu kurzlebig, als dass diese die typische Entwick­lung der Altgewässer durchlaufen könnten. Durchbruchstrecken Die Einteilung in Ober-, Mittel- und Unterlauf bedeutet jedoch keineswegs, dass die genannten Bereiche in dieser Reihenfolge oder nur einmal an jedem Fließgewässer vorzufinden sind. So können sich z. B. in einer Durchbruchstrecke (von einer Durchbruchstrecke spricht man, wenn ein natürlicher Stauriegel, z. B. ein Gebirge, von einem Gewässer in einem engen Tal durchbrochen wird),

70

3  Morphologie der Fließgewässer

Bild 3.14  Tirschenreuther Waldnaab – Durchbruchstrecke mit dem Charakter eines Ober­laufs nach einer für einen Unterlauf typischen Mäanderstrecke

nach einer typischen Unterlaufstruktur, wieder die charakteristischen Merkmale eines Ober­laufes einstellen (s. Bild 3.14).

3.3.3 Längsprofil, Querprofile, Sohlenstrukturen In Abhängigkeit vom Gefälle haben Längsprofil, Querprofile und Sohlenstrukturen eines Fließgewässer charakteristische Merkmale. Für einen Gebirgsbach (s. Bild 3.15) und einen Flachlandbach (s. Bild 3.16) sollen diese beispielhaft dargestellt werden. Längsprofil Bei der Sohlenlängsgliederung ist eine deutliche Abnahme des Sohlengefälles und der Sohlenunebenheiten vom Oberlauf zum Unterlauf hin erkennbar. Die Wasseroberfläche ist im Gebirge aufgrund der groben Gesteine sehr unruhig und wird in Fließrichtung zunehmend ruhiger. Während sich das Wasser im Ge­birge über Kaskaden und natürliche Strukturen flussabwärts bewegt, sind die Sohlenformen bei Gewässern im Flachland vollständig eingetaucht (vgl. Längsprofile in Bild 3.15 und 3.16).

3.3  Natürliche Fließgewässerentwicklung

71

Bild 3.15  Strukturen in einem natürlichen Gebirgsbach (nach Brauckmann, 1991)

Querprofile Während die Querprofile eines Fließgewässers im Gebirge bei rolligen Böden relativ flach und breit sind, tendiert ein Flachlandgewässer in kohäsiven Böden zu größeren Wassertiefen bei geringerer Gerinnebreite (s. Bilder 3.15 und 3.16). Bei den Fließgewässern im Flachland selbst, gibt es weitere markante Unter­ schie­de zwischen den vorkommenden Querschnittsformen. Gut erkennbar sind z. B. die Einflüsse des Uferbewuchses beim Vergleich der Querschnittsrelationen ei­nes Wald- und eines Wiesenbaches (vgl. die beiden Querprofile in Bild 3.16).

72

3  Morphologie der Fließgewässer

Bild 3.16  Strukturen in einem natürlichen Flachlandbach (nach Brauckmann, 1991)

Bei einem Waldbach reicht das Wurzelwerk von Bäumen und Sträuchern meist weit unter die Gewässersohle sowie in die Böschungsbereiche hinein und trägt dadurch erheblich zur Stabilität des Gewässerbetts bei. Im Vergleich dazu sind die Querprofile eines Wiesenbaches ungeschützt.

3.3  Natürliche Fließgewässerentwicklung

73

Bild 3.17  Böschungsstrukturen eines Mittelgebirgsbaches

Ein wichtiges Stabilitätskriterium sind in diesem Falle die natürlichen Bö­ schungswinkel der feinen Bodenmaterialien (im Unterlauf meist Tone, Schluffe – s. Bild 3.17). Der Lehmgehalt des Bodenmaterials hat daher einen großen Einfluss auf das Breiten-Tiefen-Verhältnis des Gewässerbettes (s. Bild 3.18). Sohlenstrukturen Die generelle Abnahme der Korndurchmesser des Sohlenmaterials im Fließverlauf ist auf die abnehmende Transportkapazität, den Abrieb, die Gesteinsfestigkeit und die Erosionstätigkeit des Fließgewässers im jeweiligen Naturraum zurückzuführen (s. Kap. 3.2). Die Gewässersohle eines Gebirgsbaches setzt sich vornehmlich aus Blöcken und groben Steinen zusammen, während die Sohle eines Flachlandbaches in Abhängigkeit von der Geomorphologie des Einzugsgebietes aus Kies, Sand oder feinem Auelehm besteht (s. Bild 3.15 und 3.16 sowie die Sohlenstrukturen auf den Farbtafeln 8 und 9 S. 422 und 423). Struktur- und Formenvielfalt Die vielfältigen Wechselwirkungen, die in einem natürlichen Fließgewässer zwischen Abfluss, Gewässersohle und Ufer bestehen, finden ihren Ausdruck in der Formenvielfalt einer Gewässerstrecke (z. B. Furten, Kolke, Flachwasserrinnen,

74

3  Morphologie der Fließgewässer

Bild 3.18  Breiten-Tiefen-Verhältnis in Abhängigkeit vom Lehmgehalt des Sohlenmaterials (nach Schumm, 1960)

Sand- und Kiesbänke, Uferanbrüche). Diese sind wiederum von besonderer Bedeutung für den „Lebensraum Fließgewässer“ (s. Kap. 4.1). Die Strukturvielfalt eines Fließgewässers spiegelt sich in den Farbtafeln 1 bis 9 S. 415–423 wieder. In Bild 3.19 sind einige Begriffe zur Beschreibung der morphologischen Vielfalt eines Bergbaches dargestellt.

3.3.4 Zeiträume für eine natürliche Entwicklung Natürliche Prozesse erfordern einen entsprechenden zeitlichen Rahmen, um sich vollständig entwickeln zu können. Es gibt sowohl kurzfristige als auch langfristig wirkende Beeinflussungen (s. Bild 3.20). Während sich die Veränderungen auf der Mikrohabitat-Ebene in sehr kurzen Zeitintervallen (meist weniger als 1 Jahr) einstellen, erfordern natürliche Veränderungen der morphologischen Strukturen in der Größenordnung eines Einzugsgebiets einen Zeitrahmen von mehreren tausend Jahren (s. Bild 3.20).

3.3  Natürliche Fließgewässerentwicklung

75

Bild 3.19  Formenvielfalt in einem naturnahen Aue-Bergbach

Bei jedem Eingriff in die Fließgewässermorphologie müssen diese unterschiedlichen „Antwortzeiten“ des Systems berücksichtigt werden. Da im naturnahen Wasserbau die gestalterische Kraft des Wassers genutzt wird, muss dem Gewässer eine ausreichende Entwicklungszeit zur Ausbildung der natürlichen Strukturen zugestanden werden (vgl. z. B. die eigendynamische Entwicklung in Kap. 10.1).

76

3  Morphologie der Fließgewässer

Einzugsgebiet

10 6

Flusstal

räumliche Erstreckung [m]

10 5

Gewässerabschnitt Talboden Gewässerstrecke Überschwemmungsgebiete

10 4 10 3 10 2

Bettstrukturen Auenhabitate

10 1 10 0

Habitate

10 -1 10 -1

10 0

10 1

10 2 10 3 10 4 Zeitrahmen [Jahre]

10 5

10 6

Bild 3.20  Raum-Zeit-Modell der Gewässerentwicklung (nach Kern, 1994)

3.4 Anthropogen beeinflusste Fließgewässer Die in Kap. 3.3 dargestellten Zusammenhänge prägen die Entwicklung unbeeinflusster oder nur wenig beeinflusster Fließgewässer. Es ist leicht nachvollziehbar, dass jede Veränderung der natürlichen Bedingungen eine entsprechende Anpassung der Fließgewässerentwicklung nach sich zieht (Jürging & Patt, 2005). Bedeutsame Veränderungen unserer Fließgewässer sind vor allem auf sicherheits- und nutzungsorientierte Maßnahmen zurückzuführen (Minor, 2000). Oft haben wasser­wirtschaftliche Ausbaumaßnahmen (z. B. Laufkorrekturen, Profilausbau, Hochwasserschutz) erst eine Intensivierung der Nutzungen (Schifffahrt, Siedlungsgebiete, Industrieansiedlungen, Verkehrsflächen, Landwirtschaft) in den gewässernahen Be­reichen ermöglicht. Zusätzliche Beeinflussungen brachte der Wasserkraftausbau und die Schifffahrt (Tittizer, 1999). Mit zunehmender Industrialisierung sind mehr und mehr qualitative Aspekte zu berücksichtigen, da Quantität und Art der Einflussnahme bei weitem das Regulationsvermögen der Gewässer überschreiten. Auch wenn die Technik

3.4  Anthropogen beeinflusste Fließgewässer

77

des Kläranlagenbaus und anderer Reinigungsverfahren heute weit fortgeschritten ist, und hohe Ansprüche an Einleitungen gestellt werden, hat jede künst­ liche Einleitung sowohl qualitativ (Gewässergüte – s. Kap. 5.1) als auch quantitativ (z. B. die stoßweise Entlastung von Regenüberläufen) Auswirkungen auf die Entwicklung eines Fließgewässers (s. Kap. 4.2). Die Beeinflussung der natürlichen Gewässerentwicklung durch anthropogene Maßnahmen soll im Hinblick auf die Abiotik an einigen besonders markanten Beispielen dargestellt werden. Auch hier sind wieder viele kausale Zusammenhänge zwischen den einzelnen Eingriffen und den Auswirkungen für die Fließgewässer erkennbar.

3.4.1 Landnutzung und Besiedlung Mit der Intensivierung der landwirtschaftlichen Nutzung und der Konzentrierung von Industrie- und Siedlungsgebieten in Ballungsräumen waren zahlreiche Auswirkungen verbunden, die sich bei der Entwicklung der Fließgewässer negativ bemerkbar machten (Tremp & Kappus, 2003; Tremp 2007). Landnutzung – Kulturlandschaft Die zur ackerbaulichen Nutzung erforderlichen Rodungen führten zu den ersten weitreichenden Veränderungen in der natürlichen Entwicklung der Fließgewässer. Mit jedem Stück Wald verschwand ein kleiner Teil des natürlichen Rückhaltepotenzials, so dass die Niederschläge schneller zum Abfluss kamen. Die Folgen waren veränderte Abflussschwankungen, d.h. höhere Hochwasserabflüsse und geringere Abflüsse in Trockenzeiten (s. Kap. 6.2.3). Durch das Fehlen der ursprünglichen Vegetation waren die Böden ungeschützt, so dass mit jedem Niederschlag die feineren Bodenmaterialien (z. B. Lößlehm) und der Humus verstärkt in die Talräume transportiert wurden. Aus den Kerbtälern wurden so nach und nach Muldentäler mit einem hohen Anteil an Feinböden. In den Oberläufen schnitten die Gewässer aufgrund der höheren Ab­flüsse tief in die eiszeitlichen Schotterterrassen ein und an den Unterläufen la­ger­te sich die Lehmfracht ab (Köster, 1995). Die verstärkte landwirtschaftliche Nutzung formte eine reichhaltig strukturierte Kulturlandschaft. Diese wurde im Laufe der Zeit in eine Agrarlandschaft umgewandelt, in der natürliche Strukturen oft hinderlich waren. Für die Fließgewässer waren dabei einige Entwicklungen von besonderer Bedeutung. Beseitigung der Ufergehölze In den ländlichen (ruralen) Bereichen wurden an den Fließgewässern vielfach die Ufergehölze entfernt, um deren Einfluss auf die Produktionsflächen auszu-

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3  Morphologie der Fließgewässer

schließen und die Bewirtschaftung der gewässernahen Flächen zu ermöglichen. Zusätzlich wurde dadurch der Zugang zu den Gewässern verbessert und die Ge­wässerunterhaltung vereinfacht. Durch die Entfernung der Ufergehölze entfällt u. a. die stabilisierende Wirkung des Wurzelwerks und die Beschattung der betroffenen Gewässerstrecken (s. auch Böttger, 1990). Dadurch wurden nicht nur die gewässerbettbildenden Vorgänge beeinflusst, sondern die gesamte Lebensraumstruktur (s. Kap. 3.3.1 und Kap. 4.2). Nutzung der ufernahen Bereiche und Melorationsmaßnahmen Die intensive Bewirtschaftung von landwirtschaftlichen Flächen in unmittelbarer Gewässernähe und der unmittelbare Zugang für Großvieh zur Tränkung führen nicht nur zu Nährstoffeinträgen (s. Bild 3.21), sondern auch zu einer Belastung der Uferböschungen durch Viehtritt (s. Bild 3.22). Direkteinträge jeglicher Herkunft und zusätzliches Wasser aus Drainungen füh­ren häufig zu einem Überangebot an Nährstoffen (Eutrophierung). Der da­ durch bedingte starke Pflanzenaufwuchs beeinflusst wiederum die Gerinneleistungsfähigkeit, mit der Folge, dass der Unterhaltungsaufwand steigt. Um Unterhaltungsarbeiten zu vermeiden und die Bewirtschaftung zu vereinfachen, wurden die Gewässer im Extremfall verrohrt (s. Bild 3.23). Nach der Durchführung von umfangreichen Melorationsmaßnahmen konnten weite Bereiche in der Aue einer landwirtschaftlichen Nutzung zugeführt werden (s. Farbtafel 13 S. 427 unten).

Bild 3.21  Belastung der Fließgewässer durch die gewässernahe Nutzung

3.4  Anthropogen beeinflusste Fließgewässer

79

Bild 3.22  Zerstörung der Uferstrukturen durch Viehtritt

Bild 3.23  Verrohrungen sollen die Bewirtschaftung vereinfachen und den Unterhaltungsaufwand reduzieren

80

3  Morphologie der Fließgewässer

Besiedlung und Infrastruktur Das Entstehen der ersten Städte an Furten ist sowohl auf die günstige strategische Lage als auch auf die Bedeutung als Handelsplätze zurückzuführen. Neben den erheblichen qualitativen Belastungen durch Abwassereinleitungen, sind insbesondere Beeinträchtigungen durch Baumaßnahmen (z. B. Hafenanlagen, Wasserstraßenausbau) und Nutzungen (z. B. Grundwasserentnahme) aller Art zu nen­nen. Diese reichen von Eingriffen unmittelbar am Gewässer bis hin zu Baugebie­­ten und Verkehrsflächen in den natürlichen Überschwemmungsgebieten. Die Versiegelung von Flächen hat generell dazu geführt, dass Niederschläge schneller abflusswirksam werden, da sie über Kanalnetz oder Regenentlastungsbauwerke unmittelbar dem Vorfluter zugeleitet werden (s. Bild 3.24). Dort wirken sich diese plötzlichen, konzentrierten Einleitungen äußerst negativ auf die vorhandenen Gewässerbettstrukturen und die Abflusscharakteristik der nachfolgenden Gewässerstrecken aus. Diffuse Einleitungen belasten die Gewässer er­heblich. Verkehrsanlagen, Brücken und Bebauungen sind Zwangspunkte, die den Ge­wässerverlauf streckenweise festlegen und jede Veränderung der Linienführung ausschließen. In derartigen Bereichen sind zusätzlich oft die natürlichen Retentionsräume verloren gegangen (s. Bild 3.25). Die höheren Fließgeschwindigkeiten in eingeengten Gerinneabschnitten füh­ren zu einer stärkeren Belastung des Gewässerbettes, die, unter extremen Bedingungen, zu erheblichen Zerstörungen führen kann (s. Bild 3.26). Sind keine Ausgleichsflächen vorhanden, ist an solchen Zwangspunkten ein technischer Ausbau häufig nicht zu vermeiden.

Bild 3.24  Derartige Einleitungen beeinträchtigen die Wasserqualität sowie Ufer- und Gewässerbettstrukturen

3.4  Anthropogen beeinflusste Fließgewässer

81

Bild 3.25  Siedlungs- und Verkehrseinrichtungen drängen sich in den gewässernahen Bereichen – das Gewässer wird durch Ausbaumaßnahmen auf seinen Platz verwiesen

Bild 3.26  Bei stark eingeschränktem Fließquerschnitt kann es bei Hochwasser zu erheblichen Schäden kommen

82

3  Morphologie der Fließgewässer

3.4.2 Laufkorrekturen und Profilausbau Die Landgewinnung für Nutzungen ist häufig ein Auslöser für Korrekturen an der Linienführung eines Fließgewässers. Klassisch ist der künstliche Durchstich von Gewässerschleifen (Mäander). Aber auch eine „Streckung“ oder Begradigung des Fließgewässerverlaufes hat den gleichen Effekt. Durch die Laufverkürzung wird das Fließgefälle erhöht, so dass die Sohlenschubspannung und damit die transportierte Feststoffmenge ansteigt (s. Kap. 8). Damit das Gewässer seinen Lauf nicht wieder verlagert und die Uferböschungen, trotz der fortschreitenden Eintiefung, stabil bleiben, müssen diese in der Folge mehr oder weniger stark befestigt werden und ständig der fortschreitenden Sohleneintiefung angepasst werden. Die höhere Leistungsfähigkeit des eingetieften Fließgewässers bewirkt zusätzlich, dass diese im Hochwasserfall weniger häufig ausufern und dadurch die Tiefenerosion weiter verstärkt wird. Mit zahlreichen Querbauwerken wurde dieser Tendenz entgegengewirkt. Die Folgen sind oft Störungen im Geschiebehaushalt und die Unterbrechung der ökologischen Durchgängigkeit. Die Eintiefung der Gewässersohle führt gleichzeitig zu einer Absenkung des

Bild 3.27  Durch den Ausbau einer innerstädtischen Gewässerstrecke ist ein steriles Be­ ton­gerinne geschaffen worden – jede natürliche Entwicklung ist ausgeschlossen – von einer harmonischen Einbeziehung des Fließgewässers in das Stadtbild (urbane Gewässer) ist dieses Gewässer weit entfernt – die ausgleichende Wirkung des Gewässers für das Lokalklima kann sich nicht entfalten – Aber! – Für die Unterhaltung ist der Ausbau vorteilhaft – man kann eine Kehrmaschine benutzen.

3.4  Anthropogen beeinflusste Fließgewässer

83

Grundwasserspiegels in der Aue und damit zu gravierenden Standortveränderungen (s. Farbtafel 16 S. 430 oben). Zwangsläufig führen Grundwasserabsenkungen auch zu Problemen für die Trinkwassergewinnung aus gewässernahen Brunnen. Technische Ausbauformen sind durch gleichmäßige, möglichst glatte, d.h. auf maximale Abflussleistung getrimmte Gerinnequerschnitte gekennzeichnet. Die verschiedenen technischen Ausbauformen sind sehr unterschiedlich und passen sich in ihrer Stärke den erwarteten Belastungen an. Im Extremfall kann es eine gepflasterte mit lotrechten Betonwänden versehene „Wanne“ sein, die zu guter Letzt noch einen Betondeckel bekommt, um zusätzliche Verkehrsflächen zu gewinnen (s. Bild 3.27). In derart ausgebauten Gewässerstrecken ist jede naturraumtypische Entwicklung eines Gewässers vollständig unterbunden. Die Möglichkeiten derart „verbaute“ Gewässer in die Gestaltung der innerstädtischen Bereiche einzubeziehen sind bescheiden (Patt, 1997c; ATV-DVWK, 2003e). Die heutzutage häufig von der Bevölkerung gewünschte Renaturierung derartiger Bereiche ist meist nicht mehr möglich bzw. nicht bezahlbar. Es gibt aber auch Bauweisen, die die technischen Erfordernisse erfüllen und gleichzeitig nicht als störend empfunden werden (s. Bild 3.28). Je mehr Platz zur Verfügung gestellt wird, desto größer sind die Gestaltungsmöglichkeiten.

Bild 3.28  Hochwasserschutzmauern und -deiche sind technische Bauwerke – bei ent­ sprechen­der Gestaltung fügen sie sich ins Stadtbild ein – durch eine Vorschüttung wird die Durchgängigkeit auch im Uferbereich erhalten

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3  Morphologie der Fließgewässer

3.4.3 Hochwasserschutzmaßnahmen Die Reduzierung der Überschwemmungshäufigkeit – und damit ein vermeintliches Ausbleiben der Hochwasser – sind ein Grund, dass bei steigendem Platzbedarf der Städte die Bebauung und Infrastruktur immer näher an die Gewässer rücken. In kritischen Bereichen werden Hochwasserschutzdeiche oder Schutzmauern errichtet, um wertvolle Wirtschaftsgüter zu schützen. In der Folge werden unter dem Schutz dieser Anlagen weitere Flächen in unmittelbarer Gewässernähe einer Nutzung zugeführt, d.h. zusätzliche Sachwerte in den gefährdeten Bereichen konzentriert (u. a. Patt, 2001a und 2001b). Auf Dauer sind die den Fließgewässern abgerungenen Bereiche jedoch nur mit einem großen Unterhaltungsaufwand für die Hochwasserschutzanlagen nutzbar. Die Überschwemmungen in den letzten Jahren haben gezeigt, dass es trotz aller Schutzmaßnahmen keinen absoluten Schutz gegen Hochwasser gibt (s. Bild 3.29). Die zunehmende Versiegelung der Landschaft und die konzentrierte, schnelle Ableitung von Niederschlagswasser in den Abwasserkanälen leisten ebenfalls einen Beitrag zu den Veränderungen der hydrologischen Größen. Insbesondere werden die Niederschläge wesentlich schneller abflusswirksam. Stoßweise Einleitungen aus versiegelten Flächen führen zudem zu einer starken Veränderung der Umgebungsbedingungen für alle biologischen und biochemischen Prozesse (s. Kap. 4.2).

Bild 3.29  Ein absoluter Schutz vor Hochwasser ist nicht möglich – durch vorbeugende Maßnahmen können die Hochwasserschäden jedoch erheblich reduziert werden

3.4  Anthropogen beeinflusste Fließgewässer

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3.4.4 Wehre und Stauanlagen – Einschränkung der Durchgängigkeit Eine besondere Einschränkung für die Fließgewässerentwicklung stellen Querbauwerke dar, z. B. Stauwehre in Verbindung mit Energiegewinnung aus Wasserkraft (s. Bild 3.30), Wehranlagen zur landwirtschaftlichen Bewässerung sowie nicht naturnah gestaltete Querbauwerke zur Sohlenstabilisierung. Derartige Bau­werke verändern die gesamte Fließcharakteristik einer Gewässerstrecke und da­mit auch die dort vorzufindenden Lebensräume (s. Kap. 4.2.2; ATVDVWK, 2003b). Aufgrund ihrer Bedeutung für die Durchgängigkeit gibt es heute Verzeichnisse in denen Querbauwerke erfasst sind (u. a. Anderer, 2007). Durch den Aufstau wird die Fließgeschwindigkeit stark herabgesetzt und das Transportvermögen der Strömung entsprechend reduziert. Mit sinkender Transportkapazität setzen sich die Feststoffe im Stauraum ab und es entstehen die typischen Stauraumverlandungen. Auch wenn Teile der verlandeten Bereiche durch gelegentliche Stauraumspülungen freigespült werden können, werden die natürlichen Feststofftransportprozesse vollständig unterbunden. Während der Spülung selbst kommt es im Unterwasser zu hohen Feststoffkonzentrationen, die zu einer erheblichen Belastung der folgenden Gewässerstrecken führen (z. B. starke Trübung, Sauerstoffmangel, erhöhte Schadstoffkonzentrationen im Spülwasser). Stauraumspülungen erfordern daher immer eine sorgfältige Vorbereitung. Diese umfasst z. B. die Festlegung der Spülwassermenge, die Spüldauer, den Spülzeitraum, den zeitlichen Ablauf der Spülung sowie die an­schließende Erfolgskontrolle.

Bild 3.30  Stauanlage – ein extremes Beispiel für die Beeinträchtigung der natürlichen Fließgewässerentwicklung

86

3  Morphologie der Fließgewässer

3.4.5 Künstliche Gewässer Die menschlichen Aktivitäten haben auch zur Bildung von künstlichen Gewässern geführt. Dazu zählen nicht nur die zahlreichen Baggerseen, sondern auch Kanäle, Entwässerungsgräben und andere künstliche Gewässer (z. B. die künstlichen Seen in ehemaligen Bergbaugebieten oder alte Schifffahrtsstraßen). Derartige Gewässer sind insbesondere nach Aufgabe der Nutzung oftmals die einzigen Wasserflächen in einer ansonsten ausgeräumten Landschaft und deshalb für den Naturhaushalt von besonderer Bedeutung. Wenn solchen Gewässern genügend Entwicklungszeit zur Verfügung steht, durchlaufen auch sie den natürlichen Entwicklungsprozess, d. h. auch ein künstlich angelegter See wird mit der Zeit verlanden. Es ist daher sinnvoll, auch künstliche Gewässer in ein Entwicklungskonzept einzubeziehen.

3.4.6 „Inkubationszeit“ – Reaktion der Fließgewässer auf anthropogene Beeinflussungen Die Nutzungsansprüche des Menschen haben die erforderlichen Flächen für die natürliche, naturraumtypische Entwicklung der Fließgewässer stark eingeengt. Durch die starke Inanspruchnahme der natürlichen Überschwemmungsgebiete ist es dem Fließgewässer nicht mehr möglich, die vorhandene Strömungsenergie durch Querbewegungen (= Laufverlängerungen = Gefällereduzierung) zu kompensieren. Als Ausgleich erfolgt eine kontinuierliche Eintiefung des Gewässerbettes. Wenn die Versorgung des Gewässerabschnittes mit Feststoffen wegen eines Querbauwerkes (z. B. eine Wehranlage) unterbrochen ist, steht der Strömung unterstrom noch mehr Energie zur Verfügung, so dass die Eintiefungstendenz weiter verstärkt wird. Je stärker das natürliche Gefälle und Feststoffhaushalt eines Fließgewässers durch Ausbaumaßnahmen beeinflusst werden, desto schneller und heftiger wird ein Fließgewässer durch Kompensation reagieren. Da anthropogene Einflussnah­ men fast immer die wesentlichen Parameter Gefälle und Feststofftransport be­ einflussen, stellen sich die ersten Veränderungen bereits nach dem ersten größeren Hochwasser ein. Ist z. B. erst einmal der natürliche stabile Aufbau der Sohle zerstört, wird die weitere Erosion der Sohle beschleunigt ablaufen.

3.5 Systematik der Fließgewässer Die allgemeine Einteilung der Binnengewässer wird in Bild 3.31 dargestellt. Un­ ter­schieden wird zwischen Fließgewässern und stehenden Gewässern. Fließgewässer sind in ihrem Verlauf von der Quelle bis zur Mündung und ih­rer regionalen Verbreitung in Bezug auf die natürliche Ausstattung bzw. Entwicklungsdynamik sehr unterschiedlich. Bei jedem Eingriff in dieses System

3.5  Systematik der Fließgewässer

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Bild 3.31  Systematik der Binnengewässer

soll­ten die grundlegenden Prozesse und Einflussfaktoren verstanden sein, um die na­türliche Entwicklungsfähigkeit eines Fließgewässers als Verbündeter für das ei­gene Planungsziel zu nutzen. Dadurch werden fehlerhafte oder sich gegenseitig aufhebende Maß­­nahmen vermieden. Die Kenntnis der Entwicklungsgeschichte und die detaillierte Betrachtung der verschiedenen Einflussfaktoren auf die Entwicklung ist Voraussetzung zum Verständnis der miteinander vernetzten Prozesse. Dabei ist die Einordnung der Fließgewässer in Klassifizierungssysteme ein wichtiges Hilfsmittel.

3.5.1 Einteilung der Fließgewässer Ein natürliches Fließgewässer hat seinen Ursprung an einer Quelle. Im weiteren Fließverlauf ist eine Unterscheidung nach Bächen, Flüssen und Strömen üblich. Häufig wird zusätzlich noch eine Unterteilung in große und kleine Bäche bzw. große und kleine Flüsse vorgenommen. Die Mündung in ein Meer, einen See oder in ein anderes Fließgewässer schließt den Gewässerverlauf ab. Quellen Die Quellen sind der Ursprung der Fließgewässer. Sie sind der Ort eines eng be­ grenzten Grundwasseraustrittes (DIN 4049 Teil 3) und damit die Schnittstelle zwischen unterirdischem Wasser und oberirdisch abfließendem Wasser. In un­ se­rem humiden Klima können Quellen praktisch in jedem Naturraum vorkommen. Der Abfluss aus einer Quelle wird als Quellschüttung bezeichnet. Wichtig für die Ergiebigkeit einer Quelle ist die Grundwasserneubildung, d. h. der Zugang von infiltriertem Wasser zum Grundwasser. Nach der Art des Wasserandrangs wird zwischen Schichtquellen, Überlaufquellen und Stauquellen unterschieden (s. Bild 3.32). Die Schüttung einer Quelle ist jahreszeitlichen Schwankungen un­ter­wor­fen.

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3  Morphologie der Fließgewässer

Bild 3.32  Systematik von Quellen nach der Art des Wasserandrangs

Nach der Art des Wasseraustrittes ist im Wesentlichen zwischen Sturzquellen, Tümpel- und Quellbecken sowie Sickerquellen zu unterscheiden. Bei Sturzquellen (Rheokrenen) tritt das Wasser aus wasserführenden Schichten aus und geht in aller Regel unmittelbar in den Quelllauf über (s. Farbtafel 2 S. 416 oben). Diesen Quelltyp trifft man häufig im Bergland an. Tümpelquellen und Quellbecken (Limnokrenen) füllen sich von unten her über einen Quellmund (z. B. mit Schichtwasser), das über den Beckenrand als Quellbach abfließt. Bei Sickerquellen, die wir vor allem im Flach- und Hügelland finden, sickert das Quellwasser meist großflächig durch das Erdreich und kann einen ausgedehnten Quellsumpf ausbilden (s. Kap. 4.1.5). Bäche und kleine Flüsse Unterscheidungsmerkmal zwischen Bächen und „kleinen“ Flüssen ist häufig der mittlere Abfluss und die Gewässerbreite bei bordvollem Abfluss. Ein Beispiel für die oft willkürlichen Grenzen zeigt Bild 3.33. Als Unterscheidungskriterium können auch die an den Ufern vorkommenden natürlichen Bewuchsstrukturen und deren Auswirkungen auf das Fließgewässer (z. B. Beschattung, Böschungsstabilität) dienen. Bei Bä­chen sind die Uferstrukturen oft in der Lage, der Strömung auf längere Zeit zu widerstehen,

3.5  Systematik der Fließgewässer

89

Bild 3.33  Vergleich charakteristischer Merkmale von Bächen und Flüssen (nach Leopold et al., 1964)

während bei „kleinen“ Flüssen bereits wenige Hochwasser zu einer Veränderung des Gewässerbettes führen. Auch hier lässt sich jedoch keine eindeutige Grenze ziehen. Otto (1991) bezeichnet z. B. ein Fließgewässer, bei dem ein Kronenschluss des Uferbewuchses möglich ist, als „kleinen Bach“, und einen Bach, bei dem die an den Ufern stehenden Bäume das Gewässer lediglich bereichsweise beschatten können, als „großen Bach“. Große Flüsse und Ströme Derartige Fließgewässer sind vorwiegend durch hohe Abflüsse, große Strömungskräfte und die allgemeine wirtschaftliche Bedeutung (z. B. Schifffahrt, Energiegewinnung) gekennzeichnet. Die Entwicklung eines großen Flusses oder Stromes im mitteleuropäischen Raum ist nahezu ausschließlich durch die anthropogenen Nutzungen geprägt. Zu nennen sind hier z. B. die gewässernahe Bebauung, Verkehrsflächen in den natürlichen Überschwemmungsgebieten, Hochwasserschutzmaßnahmen, Schiff­­

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3  Morphologie der Fließgewässer

fahrt, Wasserkraftnutzung und Landwirtschaft. Die vorhandenen Uferstrukturen können der Strömung nur geringen Widerstand entgegensetzen. Wasserbauliche Maßnahmen an großen Flüssen und Strömen dienen meist einer Optimierung der Nutzungen (z. B. Stauregulierung für die Schifffahrt, Wasserentnahme für Kraftwerke, Hafenanlagen). Die Anforderungen an die Stabilität von Sohle und Böschung sind meist derart groß, dass auf die Methoden des konstruktiven (technischen) Wasserbaus zurückgegriffen werden muss (z. B. Tosbeckenausgestaltung, Böschungsschutz bei Wasserstraßen). Für den Hochwasserschutz haben die Gewässerauen eine besondere Bedeutung, da diese im Hochwasserfall wichtige Rückhalteräume darstellen. Die Wiederanbindung derartiger Bereiche an die Fließgewässer ist ein wichtiger Teil des Hochwasserschutzkonzeptes der Länderarbeitsgemeinschaft Wasser (LAWA, 1995). In Mitteleuropa ist die Charakteristik der großen Fließgewässer sehr stark von der historischen Entwicklung der Kulturlandschaft geprägt. Einflussfaktoren sind die oft hohe Besiedlungsdichte, die kulturellen Eigenheiten der jeweiligen Region und die historisch gewachsenen Nutzungen gleichermaßen. Jedes Fließgewässer, das in diese Kategorie fällt, verlangt daher Einzelfallentscheidungen, bei denen die besonderen Gegebenheiten berücksichtigt werden müssen. In anderen Erdteilen finden sich dagegen auch heute noch große Flüsse und Ströme, die sich über weite Fließstrecken unbeeinträchtigt von jeder menschlichen Einflussnahme entwickeln können. Für die beengten Verhältnisse in Mitteleuropa hat die Formulierung von Unterscheidungsmerkmalen zwischen Strömen und großen Flüssen jedoch keine praktische Bedeutung.

3.5.2 Fließgewässertypisierung Das Ziel einer Fließgewässertypisierung ist die Beschreibung der vielfältigen Er­scheinungsformen und Gesetzmäßigkeiten, die die natürlichen Prozesse in ei­nem Fließgewässer kennzeichnen, und deren Einordnung in allgemeine Merkmalsgruppen („Fließgewässertypen“). Die Typisierung dient folgenden praktischen Belangen: • Bewertung des ökologischen Zustandes von Fließgewässern • Ausweisung von „Referenzgewässern“ • Ableitung von allgemein gültigen Mechanismen für die Entwicklung der Fließgewässer in den jeweiligen Klassen und Übertragung der Mechanismen auf Gewässer mit ähnlichem Erscheinungsbild • Planungshilfe für die naturnahe Umgestaltung und die Unterhaltung der Fließ­gewässer Das systematische Sammeln von charakteristischen Daten ist Voraussetzung für die allgemeine Typenfestlegung und die Zuordnung eines Fließgewässers zu einem bestimmten Typ. Die Struktur- und Formenvielfalt eines Gewässerabschnittes ist jedoch nur dann zu erfassen, wenn das grobmaschige (flächende-

3.5  Systematik der Fließgewässer

91

ckende) Raster der Gewässertypisierung durch eine an den jeweiligen Untersuchungsraum angepasste Bestandsaufnahme ergänzt wird. Häufig werden nur die Fließgewässer eines abgegrenzten Naturraumes „typisiert“ und das Einordnungsschema aus den speziellen Gegebenheiten dieses Naturraumes abgeleitet. Bei der Übertragung auf andere Naturräume sind daher immer die jeweiligen Randbedingungen des Typisierungsschemas zu berücksichtigen. Referenzgewässer Die „Referenzgewässer“ sollen hier besonders hervorgehoben werden. Unter dieser Bezeichnung werden Fließgewässer bzw. Fließgewässerstrecken geführt, an denen die natürlichen Ausstattungsmerkmale und Entwicklungsmöglichkeiten eines Gewässertyps weitgehend erhalten geblieben sind. Ein Vergleich der „natürlichen Potenziale“ mit den Gegebenheiten im jeweils zu beurteilendem Gewässerabschnitt ist eine wichtige Grundlage der Bewertung (s. Kap. 5.2.3). Charakteristische Merkmale Die intensive Verzahnung aller an der Fließgewässerentwicklung beteiligten Parameter bedingt, dass jede Veränderung eines Merkmales eine mehr oder weniger umfassende Anpassung aller Anderen nach sich zieht. Der parallel verlaufende Zeitrahmen von abiotischen und biotischen Prozessen führt zu einer Vielzahl von Kombinationsmöglichkeiten (ATV-DVWK, 2002b). Da die Vielschichtigkeit der biotischen Strukturen eine übersichtliche, mit vertretbarem Aufwand durchführbare, Gewässertypisierung nahezu ausschließt, werden zur Typisierung von Gewässern vorwiegend abiotische Merkmale verwendet. Die in Tabelle 3.1 aufgeführten Merkmale sind dabei von besonderer Be­deu­tung. Die Wechselwirkungen und die Dominanz der unterschiedlichen Einflussfaktoren kennzeichen den integralen Parameter „Laufentwicklung“ (s. Kap. 3.3),

Tabelle 3.1  Abiotische Merkmale zur Beschreibung eines Fließgewässertyps (siehe auch DIN 4049 Teil 1) Begriff

beinhaltet u. a.:

Laufentwicklung

Linienführung, Längsprofil, Querprofile, Sohlenstruktur

Linienführung

Laufform, Krümmungsmorphologie

Längsprofil

Gefälle, Geschiebebänder

Querprofil

Prall- und Gleituferstrukturen, Talweg, Breite-Was­ser­tiefe-Verhältnis

Sohlenstruktur

Kornverteilung des Sohlenmateriales

92

3  Morphologie der Fließgewässer

der wiederum in vielfältiger Wechselbeziehung mit den Parametern Linienführung (Laufform), Längsprofil, Querprofil und Sohlenstruktur steht. Bei der Ausprägung der charakteristischen Merkmale spielt das Sohlengefälle eine zentrale Rolle (s. Bild 3.34). Im Oberlauf überwiegen Erosions-, im Mittellauf Umlagerungs- (auch Furkation genannt) und im Unterlauf Sedimentationsprozesse (Akkumulation). In Fließrichtung nehmen Abflussspende und Geschiebetransport mit sinkendem Gefälle ab, während der Schwebstoffanteil kontinuierlich zunimmt. An der Verteilung der Korngrößen der Gewässersohle ist der Verlauf vom groben zum feinen Sohlensubstrat deutlich zu erkennen. Auch in der Linienführung macht sich der Gefälleeinfluss in den unterschiedlichen Laufformen bemerkbar. Die Beschreibung von „ökologisch relevanten morphologischen“ Eigenschaften der Fließgewässer durch verschiedene querschnittsbezogene Kenngrößen (Fließtiefen, Wasserspiegelbreite, Querschnittsfläche, Fließgeschwin-

Quelle

Gefälle I S [ – ]

Oberlauf

Erosion

Mittellauf

Furkation

Unterlauf

Akkumulation

Fließrichtung Merkmal

Tendenz / Charakteristik

Abflussspende Struktur der Sohle Abflussregime

pluvio - nival

pluvial

Geschiebefracht Schwebstofffracht Laufform Bild 3.34  Veränderung einiger charakteristischer abiotischer Merkmale im Fließverlauf eines Gewässers (nach Otto, 1991)

3.5  Systematik der Fließgewässer

93

digkeit, Soh­­lenschubspannung u. a.) ist häufig Gegenstand von weitergehenden Untersuchungen (s. z. B. Hey & Thorne, 1986; Träbing, 1996). Typisierungsschemata In ein Typisierungsschema werden die Gewässer nach charakteristischen Unterscheidungskriterien systematisch eingeordnet. Zur Erstellung des Schemas werden Fließgewässer mit gleichen Merkmalen in entsprechenden Klassen zusammengefasst und anschließend die Grenzen bzw. Übergänge zwischen den einzelnen Klassen definiert. Aus der Vielzahl der bekannten Verfahren (Naimann u. a., 1992) sollen ein hierarchisch aufgebautes und ein an der morphologischen Entwicklung orientiertes Typisierungsschema vorgestellt werden. Das von Otto (1991) vorgeschlagene hierarchische Typisierungsschema für Bäche ist auszugsweise in Bild 3.35 dargestellt. Neben der Einteilung in höhenab­hängige Grundtypen (Gebirgsbäche, Bergbäche und Flachlandbäche) und hö­hen­zonale Subtypen (aufgeteilt in jeweils zwei Höhenstufen), wird zwischen geochemisch-regionalen (Silikat- oder Karbonatbäche) und geochemischhöhenzonalen Subtypen sowie orographischen Subtypen (z. B. Auebäche, Muldentalbäche, Kerbtalbäche) unterschieden. Für die praktische Arbeit ist dieses Einordnungsschema meist ausreichend detailliert. Die morphologischen Klassifizierungssysteme ermöglichen eine Interpretation aller Entwicklungsvorgänge auf der Basis der vorhandenen und sich entwickelnden Parameter (z. B. Gefälle, Geschiebetrieb). Sie sind damit aussagekräftiger, aber bei weitem komplexer in der Anwendung. Der Detaillierungsgrad kann stufenweise an die jeweilige Aufgabenstellung angepasst werden. Rosgen (1994 u. 1996) verwendet in seinem Klassifizierungsschema das Sohlengefälle des jeweiligen Fließabschnittes. Ein Vorteil der Unterscheidung über

Bild 3.35  Allgemeine Einteilung der Bäche (nach Otto, 1991)

94

3  Morphologie der Fließgewässer

Tabelle 3.2  Detaillierungsstufen (levels) nach Rosgen (1996) Klassifizierungsstufen

Parameter

Stufe I (s. Bild 3.36)

Gefälle Geomorphologische Charakterisierung (Boden, Klima, Talform usw.)

Stufe II (nicht dargestellt)

Gefälle und charakteristischer Korndurchmesser Gewässermorphologische Charakterisierung (Laufform, Ausuferungsverhältnis, Breite/ Tiefe-Verhältnis, Laufentwicklung, Gefälle und Korndurchmesser des Sohlenmateriales)

Stufe III (nicht dargestellt)

Umfangreiche Bestandsaufnahme von Ufervegetation, Ablagerungen, Gewässerbettstabilität (wird hier nicht näher erläutert – s. Rosgen, 1996)

das Gefälle ist, dass die verwendeten Merkmale mit einer relativ einfach zu messenden Größe ausgedrückt werden. Das Klassifizierungsschema sieht drei Stufen („levels“) vor (s. Tab. 3.2). Als Einordnungskriterium wird in Stufe I ausschließlich das Sohlengefälle verwendet. Dies führt zu einer Unterteilung in 9 Klassen (Klassen A bis G – s. Bild 3.36). Bei den Typen C, E und F (gleiches Gefälle) werden als weiteres Unterscheidungskriterium die unterschiedlich ausgeprägten Gerinneprofile herangezogen (Form des Hauptgerinnes und der Ausuferungsflächen). Während das Gerinne beim C-Typ breiter, flacher und mit großen Überschwemmungsflächen ausgestattet ist, besitzt der E-Typ ein enges, tiefes Hauptgerinne mit ebenfalls großen Überschwemmungsflächen. Der F-Typ hat wiederum ein breites, flaches Gewässerbett, jedoch mit fast keinen Überschwemmungsflächen. Die grobe Einteilung in der Stufe I bildet das Grundgerüst für die differenziertere Klasseneinteilung in Stufe II mit insgesamt 42 Klassen (s. Rosgen, 1996).

3.5.3 Fließgewässerlandschaften Eine der wichtigsten Vorarbeiten zur Umsetzung der EG-Was­serrahmen­ richtlinie und zur Vorbereitung von großflächigen Fließgewässerentwicklungsmaßnahmen ist die Ermittlung der abiotischen Formen und Strukturen der Gewässerlandschaften nach ihrem heutigen, potenziell natürlichen Zustand. Dieser Zustand würde sich in den Fließgewässerlandschaften einstellen, wenn alle Einflussnahmen im jeweiligen Naturraum eingestellt würden (Niehoff, 1996).

%

Aa+

+

Bild 3.36  Haupttypen (Stufe I) der Gewässerklassifizierung (Rosgen, 1996)

Gewässertyp

>

10

Grundriss

Aa

Querschnitt

Gefälle

A

0%

4-1

A

B

B 2-4%

C

D

D 2

III-IV

sehr stark verschmutzt

3,2 < 3,5

10–20

mehrere mg/l

15

mehrere mg/l

 hN), spricht man von aridem Klima. In humiden Gebieten (z. B. Mitteleuropa) ist die Bilanz positiv, d. h. die Niederschlagshöhe ist größer als die Verdunstungshöhe (hN > hV). Neben den genannten Parametern in der Wasserhaushaltsgleichung gibt es weitere, die helfen, die jeweiligen Anteile weiter zu spezifizieren (s. Tabelle 6.1).

6.2  Wasserhaushaltsgleichung

173

Tabelle 6.1  Auswahl weiterer Begriffe zum Wasserhaushalt (s. auch DIN 4049 Teil 1) Parameter in der Wasserhaushaltsgleichung

Bezogene Größen [mm]

Niederschlag N Abfluss A

•  Niederschlagshöhe hN •  oberirdisch Ao •  unterirdisch Au

•  Abflusshöhe hA

Verdunstung V

•  Verdunstungshöhe hV •  Gebietsverdunstung hV •  Aktuelle Verdunstung hVe •  Potenzielle Verdunstung hVp

Rückhalt R (Retention)

•  Rücklage hR •  Aufbrauch hB •  Vorratsänderung hS

6.2.1 Niederschlag Niederschläge entstehen dann, wenn die Luft mit Wasserdampf gesättigt ist (d.h. die Temperatur der Taupunkttemperatur entspricht), ein Phasenübergang (Kon­densation oder Gefrieren) stattfindet und die Tröpfchen oder Eiskristalle eine Größe bekommen, so dass sie unter Einwirkung der Schwerkraft die Erde erreichen können. Bei den Niederschlägen wird zwischen gefallenen und abgesetzten Niederschlägen unterschieden. Zu den gefallenen Niederschlagsformen zählen Regen, Schnee, Graupel und Hagel. Abgesetzte Niederschläge sind Tau, Reif sowie Ne­bel­niederschlag bzw. Nebelfrost (Begriffe s. DIN 4049 Teil 101). Zur Messung der gefallenen Niederschläge gibt es unterschiedliche Messgeräte (z. B. Nieder­schlagsmesser nach Hellmann, Niederschlagssammler, Niederschlagsschreiber). Ein wesentlicher Unterschied zwischen den Messgeräten­ ist die Häufigkeit der Ablesung und die Ablesemethode. Es gibt kontinuierlich messen­de, z. T. fernabfragbare Messstellen, aber auch Geräte die täglich abgelesen und manuell ausgewertet werden müssen. Bei der Auswahl eines Verfahrens hat die unmittelbare Weiterverarbeitbarkeit der Mess­daten in EDV-Anlagen erhebliche Bedeutung. Bei der Bestimmung des repräsentativen Niederschlages für ein beliebiges Ein­zugsgebiet, sind häufig Niederschlagsdaten mehrerer Messstationen zu be­ rück­sichtigen. Dazu werden einfache Mittelungsverfahren (z. B. arithmetische Mit­tel aller Stationen) oder an die jeweiligen Verhältnisse im Einzugsgebiet an­gepasste Auswertemethoden (z. B. Gitternetzverfahren, Isohyetenverfahren) eingesetzt. Sind lokal keine Messwerte vorhanden, wird es in vielen Fällen möglich sein, die erforderlichen Daten von benachbarten Messstellen mittels geeigneter Verfahren auf das Untersuchungsgebiet zu übertragen. Es ist wichtig, dass bei der Ab­leitung von Daten aus anderen Gebieten die jeweiligen Besonderheiten des Einzugs­gebietes berücksichtigt werden. In anderen Fällen kann es erforderlich

174

6  Hydrologische Grundlagen

sein, entsprechende Messungen durchzuführen oder Näherungswerte aus überregionalen Klimatabellen abzuleiten. Für ausgewählte Messstationen können die Niederschlagsdaten unmit­telbar dem Deutschen Meteorologischen Jahrbuch (DMJ) entnommen werden, das vom Deutschen Wetterdienst herausgegeben und im jährlichen Turnus überarbeitet wird. Das Jahrbuch enthält die täglichen Beobachtungen von 16 Kli­mamess­statio­­ nen und die Monats- und Jahreswerte von 205 Messstellen in der Bundesrepublik Deutschland. Dort sind u. a. Angaben zu Niederschlagshöhen, Luftdruck, Lufttemperatur, Relative Luftfeuchte, Windrichtung, Windstärke, Sicht, Bewölkung, Art des Niederschlages und Witterungsverlauf, zu finden.

6.2.2 Verdunstung Die Summe aus Bodenverdunstung von vegetationsfreien Landflächen (Eva­ poration), Pflanzenver­dunstung (Trans­piration) und Interzeptionsverdunstung (Interzeption = an Pflanzenoberflächen aufgefangener und vorübergehend ge­­speicherter Niederschlag) wird als Evapotranspiration ET bezeichnet. Zusätzlich kann noch zwischen der aktuellen (tatsächlichen) Verdunstung ETa und der po­ten­ziellen (maximal möglichen) Verdunstung ETp unterschieden werden. Die potenzielle Verdunstung beschreibt die Verdunstung unter vorgegebenen meteorologischen Bedingungen und unbegrenzt verfügbarem Wasser, während die tatsächliche Verdunstung vom oft nur begrenzt verfügbaren Wasserdargebot abhängt. Zum Messen der Verdunstung stehen wägbare und nicht wägbare Lysimeter sowie verschiedene Formen von Verdunstungswaagen zur Verfügung. Ein Lysimeter besteht aus einem Bodenkörper, der dem zu untersuchenden Bewuchs und Bodenaufbau entsprechend, in einen seitlich geschlossenen, je­ doch unten offenen Auffangbehälter eingebaut wurde. Im unteren Bereich befindet sich eine Sammel- und Messvorrichtung für das aus der Sohle des Bodenkörpers austretende Wasser. Bei wägbaren Lysimetern steht der Bodenkörper auf einer Waage, so dass über die Gewichtsveränderungen der Wasseranteil im Bo­den­­körper bestimmt werden kann. Da­mit eine Bilanzierung über die Wasserhaushaltsgleichung (s. Gl. 6.1) erfolgen kann, ist zusätzlich eine Niederschlagsmessung erforderlich (s. Bild 6.2). Die Ermittlung der Verdunstung ist schwierig, da sie von sehr vielen Faktoren (Lufttemperatur, Luft- und Bodenfeuchte, Bodenvegetation, Windgeschwindigkeiten u. a.) beeinflusst wird, die zudem kleinräumig stark schwanken können. Die Verdunstung von Wasserflächen beträgt in Mitteleuropa im Durchschnitt ca. 1000 mm/Jahr. Aufgrund der unterschiedlichen Temperatur entfallen davon ca. 75 Prozent auf den Sommer und ca. 25 Prozent auf den Winter. Weitergehende Hinweise zur Abschätzung der Verdunstung finden sich u. a. in ATV-DVWK (2002e) sowie Miegel & Kleeberg (2007).

6.2  Wasserhaushaltsgleichung

175

Bild 6.2  Nicht wägbares Lysimeter zur Messung der Infiltration (aus Maniak, 1997)

6.2.3 Abflussentstehung Die Kenngrößen des Wasserkreislaufes beeinflussen das gesamte Ab­fluss­ver­ hal­ten eines Einzugsgebietes, d. h. das Wirkungsgefüge zwischen Niederschlag und Abfluss. Der Begriff „Abfluss“ umfasst dabei den oberirdischen und den unterirdi­schen Abfluss. Ob der Abfluss ober- oder unterirdisch erfolgt, hängt ausschließlich von der Infiltration ab. Dieser fällt damit eine Schlüsselrolle bei der Abfluss­entstehung zu. Infiltration Unter Infiltration wird der Zugang von Wasser in die Erdrinde verstanden. Sie kennzeichnet den Anteil der Niederschläge, die nach Kontakt mit der Erdoberfläche weder oberirdisch abfließen noch verdunsten. Bei der Betrachtung eines langen Zeitraumes (d.h. keine Speicherung im Bodenkörper) entspricht die Infiltration dem unterirdischem Abfluss Au. Entsprechend gilt die Beziehung: Infiltration = N – Ao – V

(6.4)

176

6  Hydrologische Grundlagen

Die Infiltration wird durch meteorologische Faktoren (Art, Dauer, Höhe und In­tensität des gefallenen Niederschlages, Lufttemperatur, Luftdruck und Verdunstungshöhe), Bodenkennwerte (z. B. Bodenart und -struktur, Bodenfeuchte, Ge­ländeneigung) und die Vegetation (Art des Bodenbewuchses) beeinflusst. Sind die genannten Einflussfaktoren und die hydrogeologischen Parameter (z. B. Durchläs­sigkeit für Grundwasser, Porenvolumen) hinreichend bekannt, kann die Durchsickerungsrate rechnerisch abgeschätzt werden. Zur Messung der Infiltration bzw. Bilanzierung nach Gl. 6.4 können gemessene Daten aus Lysimetermessungen (s. Kap. 6.2.2) herangezogen werden. Abflussbildung Die Abflussbildung ist ein komplexer Prozess, der an einem einfachen Beispiel qualitativ dargestellt wer­den soll (siehe u. a. Casper & Herbst, 2006; Bronstert, 2006). Dazu wird symbolisch ein Bodenkörper durch einen Regen mit kon­ stanter In­tensität (= 100 Prozent) beregnet (s. Bild 6.3). Bei Beginn des Niederschlages bleibt der überwiegende Teil an den Pflan­ zenober­flächen (Interzeption) und auf dem Oberboden haften. Nach Überwindung der Anfangsverluste beginnt ein Teil des Niederschlages zu versickern (In­ filtration). Mit fortschreitender Regendauer steigt der Anteil des oberirdisch ab­flie­ßenden Wassers (Ober­flächenabfluss), während die Versickerungsrate kontinuierlich abnimmt. Ist der Boden nicht verfestigt, hält die Infiltration während der gesamten Re­gendauer an. Der versickernde Anteil fließt dem Grundwasserkörper zu und trägt damit zur Grundwasserneubildung bei. Von dort fließt das Wasser mit geringer Verzögerung als Zwischenabfluss (Interflow) oder, zeitlich stark verzögert, als grundwasserbürtiger Abfluss dem Fließgewässer zu. Ein mit Niederschlagswasser gefüllter Bodenspeicher (z. B. nach längeren Re­genperioden oder durch Schneeschmelze) oder eine großflächige Versiegelung der Bodenoberfläche (z. B. durch Frost oder Bebauung) führen dazu, dass

Niederschlag mit konstanter Intensität

Rückhalt Oberboden

Oberflächenabfluss Versickerung

Interzeption 0 Zeit seit Beginn des Regens

Bild 6.3  Qualitative Darstellung des Abflussgeschehens (vereinfacht)

Niederschlagshöhe

100 %

177

6.2  Wasserhaushaltsgleichung

die Versickerung stark eingeschränkt wird und die Niederschläge unmittelbar abfluss­wirk­sam werden. Derartige Vorbedingungen führen häufig zu extremen Abflüssen im Gewässernetz. Aus den dargestellten Zusammenhängen ist der große Einfluss einer reduzierten Versickerungsrate auf den Oberflächenabfluss erkennbar (s. Kap. 6.2.5).

6.2.4 Retention (Rückhalt) Von besonderer Bedeutung für die Entstehung von Hochwasser ist auch die zeitweise Speicherung (Retention) von Wasser in den verschiedenen Komponenten des Wasserkreislaufes. Dazu gehören der Rückhalt auf Pflanzenoberflächen, im Boden- und Grund­wasserkörper sowie im Gewässernetz und in den Gewässer­auen. An den Fließgewässern selbst begrenzen u. a. Hochwasserschutzdeiche den Wasserkörper, so dass die Gewässer häufig von ihren natürlichen Überschwemmungsgebieten abgeschnitten sind. Dies gilt insbesondere für innerstädtische Bereiche, wo die Bebauung meist bis an die Ufer reicht. Dadurch wird der Rückhalt stark eingeschränkt. Die Wirkung der Retention auf den Abfluss ist in Bild 6.4 vereinfacht dargestellt. Die Hochwasserfülle (= Volumen einer Hochwasserganglinie, d.h. die Flä­che unter den dargestellten Kurven) soll bei beiden Ereignissen gleich sein (A1 = A2). Der mit (I) gekennzeichnete Verlauf der Abflussgang­linie ist typisch für ein Regenereignis, das unmittelbar abflusswirksam wird. Der reduzierte Rückhalt führt insbesondere bei Starkregenereignissen zu hohen Abfluss­ spitzen. Bei der gestrichelten Abflussganglinie (II) ist anzunehmen, dass ein Teil des Abflusses zurückgehalten wird. Durch die Retention gelangt das Wasservolu-

Abfluss I

Q max, I Q max, II

A1

II A2

Zeit t max, I

t max, II

Bild 6.4.  Skizze zu den Wirkungen der Retention

178

6  Hydrologische Grundlagen

men mit einem reduzierten Maximalwert (Qmax,I > Qmax,II) und zeitlich verzö­gert zum Abfluss. Der Zeitpunkt des Auftretens des Maximalabflusses verschiebt sich von tmax,I nach t max,II. Insgesamt treten durch fehlende Retentionsräume häufiger höhere Abflüsse auf. An Zusammenflüssen mit anderen Gewässern überlagern sich die Abflüsse und können, je nach Größe und Eintreffzeit, zu extremen Hochwasserabflüssen führen. Die Laufzeiten der Hochwasserwellen aus mehreren Einzugsgebieten spielen dabei eine besondere Rolle. Neben möglichen Ausuferungen führt ein erhöhter Abfluss auch zu höheren Strömungsgeschwindigkeiten im Gewässerbett, wodurch die aktuelle Schubspannung er­höht wird (s. Kap. 8.4). Dies kann, insbesondere in einem eingeengten Fließquerschnitt, zu einer verstärkten Tiefenerosion führen. Maßnahmen zur Rückgewinnung von Retentionsräumen an einzelnen Ge­ wäs­sern bedürfen daher immer eingehender Untersuchungen hinsichtlich der Aus­wirkungen auf das Gesamtsystem.

6.2.5 Verbesserung des Wasserrückhalts Aufgrund der erheblichen Bedeutung für Hochwasserschutz und Naturhaushalt muss dem Erhalt und der Rückgewinnung von Retentionsräumen besondere Be­deutung beigemessen werden (LAWA, 1995; Patt, 2001a). Auch im Wasserhaushaltsgesetz (WHG) wird die Wiederherstellung der früheren Über­schwem­­ mungsflächen, wo immer möglich, gefordert (s. Kap. 2.4.4). Ausreichend große Retentionsräume tragen zur Dämpfung der Hochwasserabflussspitzen bei. Urbane Bereiche In urbanen Bereichen führen die Flächenversiegelung und die konzentrierte Ab­ leitung des Niederschlagswassers in den Kanalnetzen zu einer verminderten Infiltrationsrate. In den nachfolgenden Abwasserbehandlungsanlagen kön­nen die ankommenden Wassermengen oft nicht verarbeitet werden, da diese aus Ko­stengründen nicht auf extreme Abflussereignisse ausgelegt werden können. Sind die Rückhaltemöglichkeiten (z. B. in Kanalstauräumen, Rückhaltebecken) er­schöpft, springen Regenüberläufe an, die das Niederschlagswasser dann unmittelbar dem Vorfluter zuführen. Sowohl die qualitativen Auswirkungen derartiger Einleitungen als auch die plötzlich eintretenden, meist sehr hohen Zuflüsse, können zu einer starken Belastung der unterstrom liegenden Gewässerabschnit­te führen. Das gilt sowohl für die morphologischen Strukturen als auch für die Lebensräume in den betroffenen Gewässerabschnitten (s. Kap. 4.2). Zu dem Spektrum von Maßnahmen (Geiger, 1998; Sieker et al. 2004), die dazu beitragen können, die davon ausgehenden Beeinträchtigungen zu mindern, zählen u. a.

6.2  Wasserhaushaltsgleichung

179

• Bau von Flachdächern und flachen Gründächern, • Infiltrationsfreudige Ausbildung der Oberflächen von Höfen, Park- und Stellplätzen, Gehwegen und Wohnstraßen, • Entwässerung weniger stark befahrener Straßen „über die Schulter“, d.h. ein Ausbau ohne Hochbord, • Mulden-Rigolen-Entwässerung sowie • Sicker- und Regenrückhaltebecken. Zahlreiche Kommunen unterstützen heute Maßnahmen, die der weiteren Versiegelung von Flächen entgegenwirken oder die Infiltration von Niederschlagswasser fördern. Während die Versiegelungen in großen Flussgebieten nur eine ge­ringere Rolle spielen, können diese die Abflussbildung in kleinen Einzugsgebieten entscheidend beeinflussen. Management von Retentionsraum Für die Entwicklung und Gestaltung naturnaher Fließgewässer ist es außerordentlich wichtig, Überschwemmungsgebiete und Auen in ihren natürlichen Ausdehnungen zu erhalten und, wo immer möglich, wieder neu auszuweisen. Da­durch werden sowohl die ökologischen Bedingungen verbessert als auch die Ab­flussspitzen gedämpft. Unterschieden wird dabei zwischen einer natürlichen und einer künstlichen (gesteuerten) Flutung der Rückhalteräume (Patt, 2001a). Die gesteuerte Flutung von Talräumen und Rückhaltepoldern ist ein we­ sent­liches Element des modernen Hochwasserschutzes. Bei gleichgroßer Überschwemmungsfläche sind gesteuerte Rückhalteräume für den Hochwasserschutz bei weitem effektiver als natürlich überschwemmte, da sie im kritischen Mo­ ment, d. h. im Scheitelpunkt einer Hochwasserwelle, geflutet werden können. Nachteilig sind die erforderlichen Regelorgane (z. B. bewegliche Wehre), der unnatürliche zeitliche Ablauf von Flutung und Entleerung sowie die vergleichsweise große Wassertiefe. Wird die Flutung der Hochwasserrückhalteräume dem natürlichen Verlauf der Hochwasserwelle angepasst, lassen sich einige nachteilige Auswirkungen abmildern. Bei einer natürlichen Flutung des Rückhalteraumes steigt das Wasser des Rückhalteraumes mit dem Wasserstand im Gewässer. Aus dem Blickwinkel der Ökologie ist die natürliche Überschwemmung vorteilhafter, da sie den natürlichen Le­­bensbedingungen der standorttypischen Flora und Fauna weitgehend gerecht wird. Die Wirkungen eines ungesteuerten Rückhalteraumes sind jedoch be­grenzt, da der Retentionsraum im Scheitelpunkt der Hochwasserwelle bereits entsprechend gefüllt ist. Um Rückhaltewirkungen zu erzielen, die mit der gesteuerten Flutung vergleichbar sind, müssen wesentlich größere Überschwemmungsflächen vorhanden sein. Bei der Erarbeitung der Entwicklungsziele ist zu überprüfen, welche „Be­ triebs­art“ unter den gegebenen Randbedingungen realisierbar ist und den angestrebten Zielen am ehesten gerecht wird.

180

6  Hydrologische Grundlagen

Tabelle 6.2  Auswahl häufig verwendeter Planungsdaten im naturnahen Wasserbau Datenart

Messgrößen

Messmethode bzw. Messverfahren

Profildaten

Querprofile Längsprofil Gefälle Wassertiefen Überschwemmungsgrenzen

Peilstange Nivellement Nivellement Pegelablesungen Luftbilder

Wasserstände

Wasserspiegel in m üNN

Lattenpegel Schreibpegel

Abflüsse

Fließgeschwindigkeiten in Verbindung mit Profildaten

Messflügel, Schwimmer Ultraschallmessung Tracer-Messungen Akustische Messmethoden

Feststoff

Korngrößenverteilung Geschiebefracht Schwebstofffracht

Siebanalyse o. Schlämmanalyse Geschiebefanggeräte Schwebstoffmessgeräte

6.3 Hydrologische Daten für die Planung Für die Planung wasserbaulicher Maßnahmen sind Bemessungsgrößen erforderlich, die unmittelbar aus Messungen gewonnnen werden oder das Resultat einer hydrologischen Auswertung bzw. einer hydraulischen Berechnung sind. Die Ausgangsdaten für alle Betrachtungen liefert die Hydrometrie (= hydrologisches Messwesen). Bei der Planung und Durchführung von Maßnahmen im naturnahen Wasserbau sind oftmals die in Tabelle 6.2 aufgeführten Eingangsdaten von Bedeutung.

6.3.1 Hydrometrie Die Hydrometrie liefert nicht nur Profildaten, sondern auch die Ausgangsdaten für weitergehende hydrologische Auswerteverfahren (Hochwasserstatistik, Niedrigwasseranalyse, Einheitsgangslinienverfahren u. a.). Zusätzlich spielen die Messdaten eine wichtige Rolle bei der Eichung mathematischer und physikalischer Modelle. Bei der Datenerhebung ist der Grundsatz der Wirtschaftlichkeit zu beachten, d. h. es sollten nur die Daten erhoben werden, die für die Planung erforderlich sind. In Bezug auf die Kosten spielt der Detaillierungsgrad eine besondere Rolle. Das gewählte Datenraster (Profilabstand, Anzahl von Bodenproben u. a.) sollte der geplanten Maßnahme angepasst sein und die einzelnen Datenarten in

6.3  Hydrologische Daten für die Planung

181

ei­nem ausgewogenen Verhältnis zueinander stehen. So ist es i. d. R. nicht sinnvoll, in einem geraden Fließabschnitt einen Profilabstand von lediglich 5 Meter zu wäh­len. Die Methoden sind auch hinsichtlich ihrer optimalen Aussagekraft zu bewerten. So sind z. B. Überschwemmungsgrenzen bei Hochwasser anhand von Luftbildaufnahmen relativ einfach und schnell zu ermitteln. Wird zeitgleich eine Ab­flussmessung durchgeführt, gewinnt man eine ausgezeichnete Datengrundlage zur Ei­chung von Modellen. Im naturnahen Wasserbau ermöglicht die Auswertung von historischen Karten Aufschlüsse über den früheren Gewässerverlauf. Altes Kartenmaterial ist häufig in den Archiven der Landesvermessungsämter, Kommunen und Kirchen zu finden. Wird auf vorhandene Daten zurückgegriffen, müssen diese unbedingt auf Aktualität und Verläßlichkeit überprüft werden. Veränderungen im Einzugsgebiet und am Gewässer haben unmittelbaren Einfluss auf viele hydrologische Größen. Bereits bei der Datenerfassung sollte die Weiterverarbeitbarkeit der Daten in EDV-Anlagen berücksichtigt werden. Dazu gehört u. a. die Wahl von gängigen Speichermedien und Datenformaten. Die Einbindung in andere Programmsysteme wird dadurch wesentlich erleichtert (z. B. Geoinformationssysteme – GIS).

6.3.2 Hydrologische Verfahren Sind die für die Planung erforderlichen hydrologischen Größen nicht verfügbar oder nicht unmittelbar verwendbar, müssen diese mit Hilfe von geeigneten de­ter­ministischen oder stochastischen Verfahren ermittelt werden. Dazu gibt es eine Vielzahl von Methoden, deren Anwendungsbereiche und Aussagen sich mehr oder weniger an der vorhandenen Datenlage orientieren (Kleeberg, 2006). Weiterhin stehen Niederschlags-Abfluss-Modelle (N-A Modelle) zur Verfügung, die, durch die Koppelung mit entsprechenden Bodenabtragsgleichungen, gleichzeitig eine Ab­schät­zung der zu erwartenden Feststofffracht ermöglichen. Hinweise zu den einzelnen Verfahren und zur Anwendung finden sich in der Fachliteratur (z. B. Maniak, 1997 und 2001; Dyck & Peschke, 1995). In den hydrologischen Kenngrößen spiegeln sich gemessene und/oder prog­ nostizierte Abflüsse wieder. Sie dienen häufig als Eingangsgrößen (Bemes­ sungs­größen) für die hydraulischen Berechnungen. Zusätzlich bieten sie die Möglichkeit physikalische (Modellversuchswesen) und mathematische Modelle (ein- und mehrdimensionale Rechenmodelle) zu eichen oder zu überprüfen. Hydrologische Daten von ausgewählten Pegelstellen finden sich z. B. in den Ge­wäs­serkundlichen Jahrbüchern, die von den zuständigen Behörden veröffentlicht werden. Sie enthalten u. a. die Jährlichkeiten der Abflüsse, Über- bzw. Unterschreitungstage, Maximal- und Minimalabflüsse.

182

6  Hydrologische Grundlagen

6.4 Abflüsse Die wichtigste Planungsgröße im naturnahen Wasserbau ist der Abfluss in Verbindung mit seinen unterschiedlichen zeitlichen Bezügen. Dazu gehören insbesondere die Größe und die Jährlichkeiten von Hoch- und Niedrigwasserabflüssen (HQx bzw. NQx ) und der mittlere Abfluss (MQ). Der ökologisch erforderliche Mindestabfluss ist der Abfluss, der für das Überleben der biotischen Strukturen im Gewässer erforderlich ist. Besondere Bedeutung hat der Mindestabfluss für die Fischfauna, da diese von einer Reduzierung des Was­serkör­pers unmittelbar betroffen ist (Mader, 2000; DVWK, 1997d und 1999a). Mittlerer Abfluss (MQ) und mittlere Abflussspende (Mq) charakterisieren die Fließgewässer in Bezug auf Gewässergröße und Einzugsgebiet. Zudem dient der mittlere Abfluss (MQ) bzw. der Mittelwasserstand (MW) der Festlegung der Gren­­zen zwischen aquatischem (dauerhaft unter Wasser stehend), amphibischem (se­miaquatisch – die sogenannte Wasserwechselzone – gekennzeichnet durch häu­fig wechselnde Wasserstände) und terrestrischem (nur zeitweise unter Wasser stehend) Bereich (s. Bild 6.6). Eine weitere Kenngröße ist der bordvolle Abfluss, d.h. derjenige Abfluss der gerade noch ohne Ausuferungen im Gewässerbett abfließen kann. Abgeleitete Größen sind u. a. die Wasserspiegelbreite und die Wassertiefe bei bordvollem Ab­fluss. Alle genannten Größen sind von der Querschnittsgeometrie des Gewässerbettes und der angrenzenden Ufer abhängig. Kennlinien Aus der zeitlichen Verteilung der Abflüsse und den dazu gehörigen Wasserständen lassen sich für entsprechende Zeiträume Gang- und Dauerlinien ableiten (s. Bild 6.5). In einer Ganglinie werden beobachtete oder berechnete Daten (z. B. Abflüsse, Wasserstände) in der Reihenfolge ihres zeitlichen Auftretens dargestellt. Die Dau­erline zeigt die Daten in der Reihenfolge ihrer Größe. Die Dauerlinie der Über- bzw. Unterschreitung gibt die Dauer an, innerhalb welcher ein bestimmter Wert unter- bzw. überschritten wird. Die Wasserstandsdauerlinie, als charakteristische Größe für die Dauer be­ stimmter Wasserstände im Jahresmittel, korrespondiert mit den Vegetationszonen am Ufer (s. Kap. 4.1.5 und Bild 6.6). Abflussregime Die Charakteristik der Abflussganglinie im Jahresverlauf gibt Aufschluss darüber, in welchen Mo­na­ten Hochwasser und Niedrigwasser an einem Gewässer unter den maßgeblichen Regimefaktoren bevorzugt auftreten (sogenannte

183

6.4  Abflüsse

Q

Abfluss

Q

MQ

Zeit

MQ

t 0

160 Überschreitungstage

365

365

Unterschreitungstage

0

Abflussganglinie

Dauerlinie

Bild 6.5  Beispiele für hydrologische Kennlinien

Bild 6.6  Beziehung zwischen Wasserstandsdauerlinie und Vegetationszonen

Abflussregime). Zu den Regimefaktoren zählen klimatische, geologische, geomorphologische, vegetationskundliche und anthropogene Gegebenheiten des betrachteten Einzugsgebietes. Die Kenntnis des Abflussregimes ist wichtig für die Planung des Bauablaufes. Davon sind z. B. die Verteilung des Hochwasserrisikos auf Bauherr und Auftrag­nehmer, der Baumaschineneinsatz sowie die Einflüsse verschiedener Wasserfüh­rungen auf die Herstellung, Ent­wicklung und Stabilität der ingenieur­biolo­gi­schen Ausbaumethoden betroffen. In Mitteleuropa auftretende Abflussregime sind in Bild 6.7 dargestellt. Auf der Ordinate ist das Verhältnis MQMonat/MQJahr aufgetragen. Das pluviale Regime zeigt z. B. ausgeprägte Niederschläge in den Monaten Januar und Februar, während im Sommer weniger Niederschläge anfallen. Dagegen fallen im voralpinen Regime in den Sommermonaten die meisten Niederschläge.

184

6  Hydrologische Grundlagen

Bild 6.7  Jahresganglinien verschiedener Abflussregime (teilweise nach Keller, 1969)

Kapitel 7

Hydraulische Nachweise

Im naturnahen Wasserbau sind hydraulische Nachweise erforderlich, um die vor­handenen Verhältnisse (Ist-Zustand) zu überprüfen, die voraussichtlichen Auswirkungen einer Maßnahme abzuschätzen und eine geeignete Baumethode auswählen zu können. Für die hydraulischen Nachweise werden heute sehr oft EDV-Pro­gramme ver­wendet, deren theoretischen Grundlagen dem Bearbeiter oft nicht be­kannt sind. Pausibiliätskontrollen zur Überprüfung der Rechenergebnisse haben deshalb ei­ne besondere Bedeutung. Im Folgenden sollen einige grundlegen­de Zu­ sammenhänge der Hydraulik erläutert werden, die in Verbindung mit dem na­ tur­nahen Wasserbau nützlich sein können.

7.1 Geschwindigkeitsverteilung Die Geschwindigkeitsverteilung in einem natürlichen Gerinne ist sehr ungleichförmig. Die Darstellung der Isotachen (Linien gleicher Geschwindigkeiten) zeigt, dass die maximalen Werte im Bereich der größten Fließtiefe nahe der Wasseroberfläche auftreten. In der Nähe der Berandungen nehmen die Geschwindigkeiten ab (Bild 7.1). Aus der Kontinuitätsgleichung v1 · A1 = v2 · A2 = Q

[m3/s]

(7.1)

mit v1, v2 charakteristische Geschwindigkeit im Profil 1 bzw. 2 [m/s] A1, A2 Querschnittsfläche des Profil 1 bzw. 2 [m2] Q Abfluss [m3/s] H. Patt, Naturnaher Wasserbau © Springer 2009

185

186

7  Hydraulische Nachweise

Tabelle 7.1  Verhältniswerte vm/vo,max zur Abschätzung der mittleren Geschwindigkeiten (Er­­fahrungswerte auszugsweise aus Rössert, 1999) Sohle und Böschungen aus: Fein bis Mittelkies Grobkies Rauer Fels Kies mit Rasen und Schilf Grobkies mit Steinen Sehr grober Kies Lehm und Sand

vm/vo,max 0,83 0,71 0,40 – 0,52 0,46 – 0,75 0,58 – 0,70 0,62 0,65 – 0,83

kann die mittlere Geschwindigkeit vm aus folgender Gleichung bestimmt werden: Q vm = [m/s] (7.2) A mit vm Q A

mittlere Geschwindigkeit [m/s] Abfluss [m3/s] durchströmte Querschnittsfläche [m2]

Je unregelmäßiger die Gerinnebegrenzungen sind, desto ungleich­­­mäßiger sind die Geschwindigkeiten über den Querschnitt verteilt. Die mittlere Ge­schwin­ digkeit kann daher in einzelnen Querschnittsbereichen von der wirklichen Geschwindigkeit mitunter sehr stark abweichen. Ist die maximale Oberflächengeschwindigkeit vo, max bekannt (z. B. aus einer Schwimmermessung), sind Rückschlüsse auf die mittlere Geschwindigkeit vm mög­lich. Die in Tabelle 7.1 aufgelisteten Erfahrungswerte sind nur als grobe Schätzwerte anzusehen. Die ungleichmäßige Verteilung der Fließgeschwindigkeiten ist ein Grund für die Ausbildung von Sekundärströmungen. Diese sind wiederum in erheblichem Maße an der Gewässerbettgestaltung beteiligt.

7.2 Strömen – Schießen Für offene Gerinne gilt die Bernoulli-Gleichung in der Form

hE = h + mit hE g h vm

2 vm 2g

Energiehöhe [m] Fallbeschleunigung [m/s2] Wassertiefe [m] mittlere Geschwindigkeit [m/s]

[m]

(7.3)

7.2  Strömen – Schießen

187

Bild 7.2  Vergleich der Wassertiefen bei den Abflussarten „Strömen“ und „Schießen“ in einem natürlichen Gerinne – um die gleiche Wassermenge abführen zu können ist, aufgrund der ge­ringeren Strömungsgeschwindigkeiten, die Wassertiefe beim „Strömen“ größer als beim „Schießen“

Es lässt sich zeigen, dass der Abfluss in einem offenen Gerinne „strömend“ oder „schießend“ erfolgen kann (s. z. B. Zanke, 2002a; Naudascher, 1992). Zwischen beiden Fließarten gibt es einen Übergangsbereich, für den die sogenannten Grenzverhältnisse gelten. Ein Abfluss Q kann sowohl mit relativ großer Wassertiefe h1 und kleiner Ge­ schwin­­­digkeit v1 („Strömen“) als auch mit vergleichsweise geringerer Wassertie­ fe­h2 und dafür hoher Geschwindigkeit v2 („Schießen“) abgeführt werden (s. Bild 7.2). Entscheidend für die Fließart sind das Gefälle und die Rauheitsverhält­ nisse.

7.2.1 Froude-Zahl Die Froude-Zahl Fr ist eine strömungsmechanische Kennzahl mit deren Hilfe ermittelt werden kann, ob ein Abfluss „strömend“ oder „schießend“ ist. Sie ist definiert als:

Fr = mit v vc

v vc

[–] charakteristische Geschwindigkeit [m/s] Fortpflanzungsgeschwindigkeit einer Oberflächenwelle [m/s]

(7.4)

188

7  Hydraulische Nachweise

Für rechteckförmige Fließquerschnitte kann die Froude-Zahl Fr aus

Fr =

v g ·h



[–]

(7.5)

mit v charakteristische Geschwindigkeit (z. B. mittl. Geschwindigkeit vm) [m/s] h Wassertiefe [m] berechnet werden. Es sind zwei Bereiche (der Übergang wird als Grenzzustand bezeichnet) zu unterscheiden (s. Bild 7.3): „Strömen“ – Fr < 1 Die charakteristische Geschwindigkeit v ist kleiner als die Oberflächengeschwindigkeit vc, d.h. Oberflächenwellen (Druckstörungen) können sich sowohl gegen als auch in Fließrichtung ausbreiten. „Schießen“ – Fr > 1 Die charakteristische Geschwindigkeit v ist größer als die Oberflächengeschwin­ digkeit vc, d.h. Oberflächenwellen können sich nur in Fließrichtung ausbilden. „Grenzverhältnisse“ – Fr = 1 Die Grenzverhältnisse werden auch als kritische Verhältnisse bezeichnet.

Da bei schießendem Abfluss die Geschwindigkeit einer Oberflächenwelle kleiner ist als die charakteristische Fließgeschwindigkeit (v > vc), wird die Strömung im Ober­wasser (OW) von den Verhältnissen im Unterwasser (UW) nicht beeinflusst. Umgekehrt gilt, dass bei strömendem Abfluss (vc > v) die Verhältnisse im OW vom UW beeinflusst werden. Demzufolge wird in den hydraulischen Nachweisen bei strömendem Abfluss „gegen“ und bei schießendem Abfluss „in“ Fließrichtung ge­rechnet.

7.2.2 Formen des Fließwechsels Der Übergang von der Fließart „Strömen“ zur Fließart „Schießen“ erfolgt allmäh­lich. Die Grenztiefe hgr stellt sich im Übergangsquerschnitt ein (s. Bild 7.3). Ein Fließ­wechsel kann z. B. durch eine Einengung des Abflussquerschnittes, eine Abnahme der Ge­rinnerauheit oder eine Vergrößerung des Sohlengefälles hervorgerufen werden. Im Gegensatz dazu geschieht der Fließwechsel vom „Schießen“ zum „Strö­ men“­ lokal (plötzlich) in einem „Wech­selsprun­g“. Im Wechselsprung wird überschüssige Strömungsenergie in Wärme- und Schallenergie umgewandelt (Bild 7.3).

7.3  Abfluss- und Wasserspiegelberechnungen

Strömen h1

Schießen

189

Diskontinuierlicher Übergang – Wechselsprung h2

hgr

Wechselsprung

Schießen Kontinuierlicher Übergang

Strömen

h1 h2

Wechselsprung

Grenzfall h1

gewellter Abfluss

Bild 7.3  Formen des Fließwechsels

Eine wichtige Zwischenstufe ist der gewellte Abfluss. Er stellt sich ein, wenn die Energiehöhen in Unterwasser (UW) und Oberwasser (OW) nahezu gleich sind.­ An der Übergangsstelle entstehen Wel­len, die sich auf der Wasseroberfläche nach unterstrom fortpflanzen. Weil an den Böschungen im UW dadurch erhebliche Be­lastungen auftreten, sollte ein länger andauernder gewellter Abfluss durch eine ent­sprechende Gerinneauslegung vermieden werden.

7.2.3 Grenzverhältnisse Da die hohen Fließgeschwindigkeiten beim schießenden Abfluss in den Abfluss­ querschnitten hohe Schubspannungen bewirken, sind die Grenzverhältnisse von besonderer Bedeutung. In Tabelle 7.2 sind die Grenzwerte für rechteckförmige und trapezförmige Gerinneprofile zusammengestellt. Werte für andere Quer­schnittsformen finden sich in den einschlägigen Tabellenwerken (z. B. Schneider, 2002; Wendehorst, 2002).

7.3 Abfluss- und Wasserspiegelberechnungen Durch die naturnahe Gestaltung eines Fließgewässers werden die Fließwiderstände erhöht und die Gerinneleistungsfähigkeit entsprechend reduziert. Unter sonst gleichen Bedingungen führt die Reduzierung der Abflussleistung zu ei-

190

7  Hydraulische Nachweise

Tabelle 7.2  Grenzwerte für einige gängige Gerinneprofile (aus Schneider, 2002) Gerinneform

ben. Umfang lu [m]

Fläche A [m²]

Grenztiefe hgr [m]

Rechteck 3

b·h

b+2·h

Q2

b·h+m·h

b + 2h · 1 + m

2

g · h gr

g ·b 2

Trapez 2

Grenzgeschw. vgr [m/s]

Q 2 · m3 g·b5

g · h gr · (1 + h' ) 1 + 2 h' h'=

hgr · m b

nem Was­serspie­gel­anstieg, so dass Abflüsse, die im gehölzfreien Zustand im ur­ sprüng­li­chen Gewässerbett abgeführt werden konnten, nach einer naturnahen Umgestal­tung zu Ausuferungen führen können. In einem Laborgerinne durchgeführte Geschwindigkeitsmessungen belegen, dass die Fließgeschwindigkeiten nicht nur im Bewuchsbereich reduziert werden, sondern auch im bewuchsfreien Mittelquerschnitt erheblich abnehmen (s. Bild 7.4). Unter sonst identischen Randbedingungen verminderte sich die Abflussleistung des Fließquerschnittes durch Bewuchs (im Modell durch Plexiglasstäbe si­muliert) um 60 bis 65 Prozent. Diese Reduzierung ist auf die ausprägten Walzen- und Wir­bel­strömungen zurückzuführen, die zwischen Mittelquerschnitt und Querschnittsbereichen mit Bewuchs einen intensiven Massen- und Impulsaustausch bewirken. Aus Bild 7.4 ist deutlich erkennbar, dass die maximale Geschwindigkeit im ge­hölzfreien Querschnitt durch die Bewuchs­strukturen auf den Böschungen um mehr als 50 Prozent reduziert wird. Charakteristisch ist auch der langsame Anstieg der Geschwindigkeiten in den Bewuchsbereichen. Der Einfluss eines Gehölzbewuchses nimmt mit zunehmender Gewässerbreite und sinkender Wassertiefe ab (Rickert, 1997). Während die Leistungsminde­ rung bei beidseitig bewachsenen Böschungen mit 3 m Wassertiefe im Extremfall bis zu 75 Prozent betragen kann, ist bei breiteren Gewässern (ab ca. 10 Meter) und 1,5 m Wassertiefe eine geringere Beeinflussung der Gerinneleistungsfähigkeit zu er­war­ten (s. Bild 7.5). Bereits im Planungsstadium muss daher der Abflussleistung nach einer Umgestaltung und den damit verbundenen Wasserspiegellagen große Bedeutung beigemessen werden. Es ist oft nicht vertretbar, dass ein Fließgewässer nach einer naturnahen Gestaltung häufiger ausufert. Für die hydraulische Berechnung von gehölzfreien Querschnitten sind die in der Praxis ver­wendeten Berechnungsmethoden (s. Kap. 7.3.1 und Kap. 7.3.2) be­reits hinlänglich er­probt und deren Gültigkeit durch zahlreiche Vergleiche mit Naturmessungen be­legt.

7.3  Abfluss- und Wasserspiegelberechnungen

191

Bild 7.4  Beispiel für die Geschwindigkeitsverteilung in einem Trapezprofil (aus Labormessungen; verändert nach Bertram, 1985)

Die Bestimmung der Abflussleistung von Querschnitten mit Gehölzen ist ungleich schwieriger. Deshalb ist die rechnerische Erfassung der Ve­getations­ strukturen auf Böschungen und Vorländern sowie die wech­selseitige Beeinflussung (Interaktionen) von Hauptgerin­ne und Vorland bzw. Mittelquerschnitt und Böschungsbereich immer noch Gegenstand von Grundlagenuntersuchungen. Bei der Berechnung von turbulenten Gerinneströmungen wird zwischen den rein empirischen Methoden (sog. Potenzformeln) und der theoretisch-em­piri­ schen Betrachtungsweise nach Darcy-Weisbach unterschieden. Obwohl bei der hydraulischen Berechnung von naturnah gestalteten Gerinnen heute ausdrücklich die Darcy-Weisbach-Gleichung empfohlen wird, ha­ben die empirischen Methoden in der Praxis eine große Bedeutung. Stellvertretend für die Potenzformeln (zusammengestellt bei Hager, 1988), soll hier nur die sehr weit verbreitete Gleichung von Manning-Strickler etwas näher er­läutert werden.

192

7  Hydraulische Nachweise

Q mit Bewuchs [m3/s] Q ohne Bewuchs [m3/s]

1,00 0,75 0,50 0,25 0

0

5

10

15 20 Sohlenbreite bs [m]

Bild 7.5  Einfluss der Sohlenbreite bS und der Böschungsneigung m auf die Abflussleistung eines Trapezquerschnittes mit beidseitigem Gehölzbewuchs – Sohlengefälle IS = 0,1 Prozent – (nach Rickert, 1997)

7.3.1 Berechnung nach Manning-Strickler Im europäischen Raum und den USA ist die Gleichung von Manning-Strickler die am häufigsten verwendete Formel, um die Leistungsfähigkeit und die Lage des Wasserspiegels in einem offenen Gerinne zu bestimmen. Sie lautet: vm = kStr · rhy2/3 · IS 1/2 mit vm kStr rhy IS

[m/s]

(7.6)

mittlere Geschwindigkeit [m/s] Geschwindigkeitsbeiwert nach Strickler [m1/3/s] hydraulischer Radius [m] Sohlengefälle [–]

Die Erfassung der Fließwiderstände erfolgt durch den sogenannten StricklerBeiwert kStr, der das gesamte Widerstandsverhalten des durchflossenen Quer­ schnittes beschreibt. In Tabelle 7.3 sind einige kStr-Werte für offene Gerinne mit na­türlichen Gewässersohlen zusammengestellt. An der Dimension des kStr-Beiwertes [m1/3/s] ist er­kennbar, dass die ManningStrickler-Gleichung nicht dimensionsrein ist. Beim Berechnungsansatz nach Manning-Strickler wird von einer mittleren Geschwindigkeit vm im Querschnitt ausgegangen, einer Annahme, die streng genommen nur bei wenigen Profilformen ohne größeren Genauigkeitsverlust zu­ lässig ist. Da früher meist hydraulisch einfache, deutlich auf Leistungsfähigkeit ausgelegte Querschnitte gebaut wurden, waren die Fehler, die durch die Anwendung dieser Gleichung bedingt waren, meist vernachlässigbar (Günzel, 1964).

193

7.3  Abfluss- und Wasserspiegelberechnungen Tabelle 7.3  Geschwindigkeitsbeiwerte für die Manning-Strickler-Gleichung

kStr-Werte

kStr-Werte Natürliche Wasserläufe:

Erdkanäle:

Fluss mit fester Sohle, ohne Unregelmäßigkeiten

40 – 42

Festes Material, glatt

60

Fluss m. mäßigem Geschiebe

35 – 38

Fester Sand m. etwas Ton und Schotter

50

Fluss, verkrautet

30 – 35

Sohle aus Sand und Kies, Böschung gepflastert

45 – 50

Fluss mit Geröll und Unregel­mäßigkeiten

30

Feinkies

40

Fluss, reich an grob. Geschiebe

28 – 30

Grobkies

35

Vorland, je nach Bewuchs

15 – 20

Scholliger Lehm

30

Wildbach mit grobem Geröll

15 – 20

mit groben Steinen ausgelegt

26 – 30

Wildbach mit grobem Geröll, Geschiebe in Bewegung

10 – 15

Sand, Lehm, Kies, stark bewachsen

20 – 26

Felskanäle: mittelgrob ausgebrochen

25 – 30

sorgfältig ausgesprengt

20 – 25

sehr grober Ausbruch

15 – 20

Indlekofer (2004 und 2006) schlägt einige Modifikationen der Manning-Strickler-Formel vor, die das Anwendungsspektrum der Formel erweitert.

7.3.2 Berechnung nach Darcy-Weisbach Zur Berechnung von naturnah ausgebauten Gerinnen wird heute bevorzugt die Berechnungsmethode nach Darcy-Weisbach empfohlen, da diese eine eindeutigere Formulierung der Rauheiten und eine bessere Berücksichtigung der Ge­ schwin­digkeitsverteilung beinhaltet. Die Darcy-Weisbach-Gleichung lautet:

vm = mit λ vm rhy IE

1

λ

· 8 · g · rhy · IE

[m/s]

Widerstandsbeiwert [–] mittlere Geschwindigkeit [m/s] hydraulischer Radius [m] Energielinien- bzw. Wasserspiegelgefälle [–]

(7.7)

194

7  Hydraulische Nachweise

Zur Berechnung der Widerstandsbeiwerte (λ – Werte) wird bei der hydraulischen Berechnung von naturnahen Gerinnen häufig die Glei­chung von Keulegan (1938) verwendet. Sie lautet für Trapezprofile:

1 λ

=

vm 8 · g · h · IE

= –2,03 · lg 12,27 ·

rhy ks

[–]

(7.8)

rhy

[–]

(7.9)

und für breite Rechteckprofile

1 λ mit λ vm rhy ks

=

vm 8 · g · h · IE

= –2,03 · lg 11,00 ·

ks



Widerstandsbeiwert [–] mittlere Geschwindigkeit [m/s] hydraulischer Radius [m] Rauheitsmaß [m]

Vereinfachungen bei Verwendung der Darcy-Weisbach-Gleichung Bei Anwendung der Darcy-Weisbach-Gleichung sind u. a. folgende Vereinfachungen zu berücksichtigen: • Stationärer Abfluss; die Ausbildung des Geschwindigkeitsprofils wird nur durch den Einfluss der Wandungen geprägt. • Die Stromfäden sind nur schwach gekrümmt (quasi-hydrostatische Druck­ ver­tei­lung). • Sohlenverformungen werden nicht berücksichtigt (ebene Sohle). • Sekundärströmungen bleiben unberücksichtigt (eindimensionale Strömung). Fließwiderstände Die Genauigkeit aller Berechnungsansätze für ein naturnah ausgebautes Gerinne hängt hauptsächlich davon ab, wie präzise die Fließwiderstände erfasst werden. Ihre Bestimmung wird dadurch erschwert, dass natürliche Gerinne in der Regel keine kon­stante Rauheit haben, so dass das Widerstandsverhalten nicht immer durch einen konstanten Wert beschrieben werden kann. In einem natürlichen Fließgewässer setzt sich der Gesamtfließwiderstand aus unterschiedlichen Teilwiderständen zusammen (s. Bild 7.6). Es sind sowohl Fließ­­widerstände aufgrund der Ufer- und Sohlenausbildung als auch Widerstände durch Laufkrümmungen und Vegetationsstrukturen zu berücksichtigen. Bei den Sohlenwiderständen gibt es wiederum eine Unterscheidung zwi­schen

7.3  Abfluss- und Wasserspiegelberechnungen

195

Bild 7.6  Fließwiderstände in einem offenem Gerinne (nach Mertens, 1994)

Korn­wi­der­­stand (bei ebener Sohle), Formwiderständen (bei Riffeln und Dü­ nen) und Wi­der­ständen aufgrund von Anlandungen, Kolken usw. Aus Vereinfachungsgründen werden in den hydraulischen Berechnungen ei­ni­­ge Fließwiderstände vernachlässigt (z. B. Einflüsse von Krümmungen und Kol­ke), während andere durch die Annahme von Widerständen in fiktiven Trenn­flä­chen be­­­­­­rücksichtigt werden (z. B. die Widerstände aus den Vegetationsstrukturen). Die für einen gehölzfreien Querschnitt relevanten Widerstandsformen sind in Bild 7.7 dargestellt. Ebene Sohlen (äquivalente Sandrauheiten)

Zur Abschätzung der äquivalenten Sandrauheit ks liegen für die meisten Mate­ri­ a­­lien und Untergrundverhältnisse sowohl Orientierungswerte als auch zuver­läs­ sige Werte vor. Ist ein charakteristischer Korndurchmesser der Sohle oder die Hö­­he der Sohlenformen (z. B. Riffelhöhe hRiffel oder Dünenhöhe hDüne) bekannt, können die in Tabelle 7.4 aufgeführten Näherungswerte verwendet werden. Experimentell ermittelte ks-Werte können z. B. DVWK (1990b) entnommen werden. Einige Werte für das Rauheitsmaß ks, die im Rahmen des naturnahen Wasserbaus von Bedeutung sein können, sind in Tabelle 7.5 dargestellt. Das Rauheitsmaß ks in der Widerstandsbeziehung nach Keulegan (s. Gl. 7.8 bzw. Gl. 7.9) ist nicht mit dem kStr-Wert (k-Strickler-Wert) zu verwechseln. Zwischen beiden Parametern besteht die Beziehung: 6

k s = 26

k Str

(7.10)

wobei die folgenden Anwendungsgrenzen gelten (aus DVWK, 1994):

5≤

rhy d 90

≤ 500

und

Re *=

v o* · d 90 ≥ 70 υ

196

7  Hydraulische Nachweise

Bild 7.7  Widerstände bei der Berechnung eines gehölzfreien Mittelquerschnittes

Tabelle 7.4  Orientierungswerte für das Rauheitsmaß ks (nach Zanke, 1982) Sohlenaufbau

ks-Werte [mm]

ebene Sohle, einkörniges Sohlenmaterial ebene Sohle, Korngemisch Riffelsohle Dünensohle

ks = dch ks = 2,5 · d50 oder d90 ks ≈ hRiffel ks ≈ hDüne

Tabelle 7.5  Äquivalente Sandrauheiten ks (aus DVWK, 1990b) Sohlenaufbau

ks-Werte [mm]

Fels: nachgearbeitet gleichmäßig mittelgrob

220–350 450–700

Erdkanäle: regelmäßig, je nach Ausführung sehr guter Zustand, frei von Bewuchs Sohle und Böschung schlammig, sehr regelmäßig steiniger Boden, vereinzelt Pflanzen stärker bewachsen schlechter Zustand bei Geschiebetrieb stark verkrautet

  15–60    6–10   25–50   80–140 190–270 300–500 100–200 500–1500

Steine und Kiese (kein Transport): Grobkies, Böschungen etwas angegriffen, Sohle mit einigen Steinen

  50–54

Steine und Kiese (kein Transport): gut gerundeter Kalksteinschotter (bis 5 cm) Zwischenräume durch Sand und Schlamm ausgeglichen

  30–40

Sand und Kies bis 6 cm, Böschungen stellenweise schlammig

  20–55

gleichförmig gebrochene Steine, geschüttet, 10–20 cm groß, ebene Sohle

  16–18

7.3  Abfluss- und Wasserspiegelberechnungen

197

Bewuchsstrukturen

In der Literatur hat sich eine Einteilung des Bewuchses in Klein-, Mittel- und Großbewuchs durchgesetzt (Bild 7.8). Je nach Bewuchshöhe spricht man von über- bzw. durchströmten Rauheiten. Beim Kleinbewuchs (z. B. Rasen) stellt sich eine ähnliche Geschwindigkeitsverteilung wie bei reiner Kornrauheit ein. In diesem Fall können die Fließ­ wider­stän­de mit ausreichender Genauigkeit durch die äquivalente Sandrauheit ks er­fasst werden. Bei durchströmten Rauheiten ist die Bewuchshöhe größer als die Wassertiefe. In den verschiedenen Ansätzen wird der Formwiderstand λP, den die überströmten Gerinneteile hervorrufen, auf die Grundfläche umgelegt und durch folgende Gleichung beschrieben: 4 · Ap λp = [–] (7.11) ·C a x · a y wr mit (s. Bild 7.9) λp Ap h dp ax ay Cwr

Formwiderstand aus überströmten Rauheiten [–] Angeströmte Fläche eines Bewuchselementes (Ap = h · dp) [m2] Fließtiefe [m] Breite der Bewuchselemente quer zur Fließrichtung [m] Abstand der Bewuchselemente in Fließrichtung [m] Abstand der Bewuchselemente quer zur Fließrichtung [m] Widerstandsbeiwert einer durchströmten Bewuchsgruppe [–]

Der Widerstandsbeiwert Cwr einer durchströmten Pflanzengruppe liegt im Be­ reich zwischen 0,6  16

bII,max = 1,0 bIII (lichter Bewuchs)

[–]

(7.18)

[–]

(7.19)

204

7  Hydraulische Nachweise

bI

bII

bIII

bIV

Makroturbulenz Bild 7.15  Bereichseinteilung für das Verfahren von Mertens (1989)

Zur Bestimmung von bII, max muss bIII bekannt sein. Bei Querschnitten mit symmetrischen Bewuchsstrukturen ist bIII, l = bIII, r = bF /2. Bei einseitig angeordnetem Be­wuchs oder unterschiedlichen Bewuchsstrukturen ist der Bereich III der raueren Seite breiter, als derjenige auf der glatteren Seite. Für die Summe der beiden Be­reiche III gilt: bIII, l + bIII, r = bF

[–]

(7.20)

Es wird also angenommen, dass die Bewuchsstrukturen den Abfluss im gesamten Hauptgerinne beeinflussen (d.h. der von der Strömung unbeeinflusste Bereich IV ist nicht vorhanden). Sind die Fließgeschwindigkeiten und das Wasser­ spiegelgefälle in den Abflussflächen AT, l und AT, r identisch, kann folgender Zusammenhang angenommen werden:

rhy ,III ,l λ

=

T,l

rhy ,III ,r λ T, r



[–]

(7.21)

[–]

(7.22)

[–]

(7.23)

Mit rhy, III, r ≈ bIII erhält man

bIII,l bIII ,r = λ T,l λ T, r Diese Gleichung lässt sich weiter umformen zu:

bIII,l = b F

λ T,l λ T,l + λT, r

Die gesamte Berechnung wird iterativ durchgeführt. Weitere Hinweise und Beispielberechnungen finden sich bei Mertens (1989, 2004 und 2006), DWA

205

7.3  Abfluss- und Wasserspiegelberechnungen

(2006a), DVWK (1991b) und DVWK (1997c). Hinweise auf eine Verein­fachung der Berechnung gibt Vogel (1999).

7.3.4 Transportkörper auf der Sohle Die bewegliche Sohle mit ihren unterschiedlichen Sohlenformen (Transportkör­ per) ist ein Kennzeichen für die enge Verknüpfung zwischen Ab­flussgeschehen und Feststofftransport (s. Bild 7.16). Die Wechselwirkungen zwischen Fließ­ge­ schwin­digkeit und den verschiedenen Sohlenformen machen sich im Ver­lauf der Sohlenschubspannung τS bemerkbar (s. Bild 7.17). Diese setzt sich aus zwei Anteilen zusammen: τS = τK + τF mit τS τK τF

[N/m2]

(7.24)

Sohlenschubspannung Sohlenschubspannung aus der Kornrauheit der Sedimente Sohlenschubspannung aus der Sohlenform

Es hat sich eine Unterscheidung in drei Abflussregime eingebürgert (s. Bild 7.17): • Unteres Abflussregime (ebene Sohle, Riffeln, Dünen) • Übergangsregime (abflachende Sohlenformen) • Oberes Abflussregime (ebene Sohle, stehende Wellen, Antidünen).

Bild 7.16  Sohlenformen (Transportkörper) (aus DVWK, 1994)

206

7  Hydraulische Nachweise

Dünen

Ebene Sohle u. stehende Wellen

Unteres Abflussregime

Übergangsbereich

Sohlenschubspannung

tS

Oberes Abflussregime

Antidünen

Riffeln Ebene Sohle

tF

tK Fließgeschwindigkeit vm

Bild 7.17  Verlauf der Sohlenschubspannung τs bei verschiedenen Sohlenformen (nach Engelund & Fredsoe 1982; aus DVWK, 1994)

Bei ebenen Sohlen resultiert die Sohlenschubspannung ausschließlich aus der Kornrauheit der Sedimente, während bei Riffeln und Dünen der Formanteil do­mi­nant ist. Im Übergangsbereich ist die Kornrauheit der Sedimente maßgebend.­ Im oberen Abflussregime folgt wieder ein zunehmender Einfluss des Formanteiles. Der Einfluss der Transportkörper wird durch besondere Widerstandsbeziehungen berücksichtigt. Eine Auswahl von Gleichungen mit ihren jeweiligen An­wendungsbereichen und entsprechende Berechnungsbeispiele finden sich in DVWK (1994) und DWA (2006a).

7.3.5 Verklausungen und lokale Fließwiderstände Eine besondere Bedeutung für die Abflussleistung eines naturnahen Gerinnes haben mögliche Verklausungen (Zusetzen des Fließquerschnittes; insbesondere durch Schwimmstoffe) oder einzelne, sehr stark das Abflussgeschehen beeinflus­ sende Strukturen. Derartige Beeinflussungen können wegen ihrer Zufälligkeit nur schwer in einer hydraulischen Berechnung erfasst werden. Die Gefahr einer Verklausung kann durch vorbeugende gestalterische und kon­struktive Maßnahmen vermindert werden (z. B. rechtzeitiges Räumen der bei Hoch­wassergefahr gefährdeten Bereiche, keine Anpflanzungen in der Hauptströmungsachse auf den Vorländern, Treibholzfänge).

207

7.4  Überströmte Strukturen

7.4 Überströmte Strukturen Im naturnahen Wasserbau werden des öfteren überströmte Steinschwellen ge­ plant, da diese sich aufgrund ihrer natürlichen Strukturen in viele Bereiche am Gewässer problemlos integrieren lassen (z. B. zur Überwindung von kleinen Hö­henstufen in Form von Querriegeln, aber auch als Ausleitungsbauwerk für Fisch­aufstiegsanlagen oder zur Abgrenzung der einzelnen Becken bei kaskadenförmigen Fischaufstiegen – s. Kap. 10.7). Auch wenn aufgrund der ungleichförmigen Form der Überfallkrone keine hohe Genauigkeit in den Berechnungen erwartet werden darf, bieten die Ergebnisse zumindest einen Anhaltspunkt für den Planer. Die eigentliche Anpassung an die Erfordernisse der Planung geschieht in der Bauphase. Dazu werden bei fließendem Wasser die Steine derart angeordnet, dass sich die gewünschten Bau­werks­strukturen und Abflüsse einstellen (s. Kap. 11.2.2). Bei der Berechnung von überströmten „Bauwerken“ ist zwischen vollkomme­ nem und unvollkom­menem Überfall zu unterscheiden (s. Bild 7.18).

vollkommen

Grenze

unvollkommen

Bild 7.18  Steinreihe – vollkommener und unvollkommener Überfall

208

7  Hydraulische Nachweise

Detailliertere Hinweise zur Anwendung der Formeln und Beiwerte finden sich u. a. in BWK (1999). Vollkommener Überfall Bei vollkommenem Überfall kann der Abfluss Q mit Hilfe der Poleni-Formel be­ stimmt werden. Diese lautet: 3 2 Q = · µ · b · 2g · h ü2 3 mit

Q hü µ b

[m3/s]

(7.25)

Abfluss [m³/s] Überfallhöhe [m] Abflussbeiwert [–] Länge der Überfallkrone [m]

Unvollkommener Überfall Die Beeinflussung der Überfalleistung durch das Unterwasser (UW) wird formelmäßig durch den Überfallbeiwert c erfasst. Die Poleni-Formel lautet nun: 3 2 Q = c · · µ · b · 2g · h ü2 3

[m3/s]

(7.26)

Der Beiwert c kann Bild 7.19 entnommen werden. Der hinterlegte Bereich umfasst den Wertebereich von c-Werten, der in der Literatur für rund- und breitkronige Kronen­formen angegeben wird. Abflussbeiwert Der Abflussbeiwert µ ist eine Funktion des Wasserstandes hk über der Rampenkrone, der Steingröße ds, der Geometrie der Ram­penkrone, der Kronenüberhö­ hung gegenüber der Oberwassersohle und der Neigung der Seitenböschung. Für verschiedene Steinsätze konnte der Einfluss des Verhältnisses hk/dS auf den µ-Wert ermittelt werden (s. Bild 7.20). Der Rückstau aus dem Unterwasser ist nach den Untersuchungen von Hassinger (1992) erst dann von Bedeutung, wenn er mindestens 2/3 der Überfallhöhe an der Rampenkrone erreicht. Eine signifikante Reduzierung der Ab­fluss­ lei­stung tritt erst bei einem Unterwassereinstau von 0,9 · ho auf.

209

7.4  Überströmte Strukturen

Bild 7.19  Überfallbeiwert c für unvollkommene Überfälle

Bild 7.20  Abflussbeiwert µ für Blocksteinrampen (nach Hassinger, 1992)

Seitlich angeströmte Überfälle – „Streichwehre“ Mittels einer seitlich angeströmten Überfallkrone kann einem Fließgewässer ein Teil des Abflusses entnommen werden, um diesen z. B. einem Umleitungsgerinne (z. B. einer Fischaufstiegsanlage) zuzuführen (s. Bild 7.21). Zur Berechnung des Abflusses kann die Poleni-Formel (s. Gl. 7.25) mit einigen Modifikationen verwendet werden. Bei einem Streichwehr steigt der Wasserspiegel längs der Überfallkrone geradlinig an (s. Bild 7.21). Die Überfallhöhe hü ergibt sich durch Mittelwertbildung aus:

hü =

h u + ho 2

[m]

(7.27)

210

7  Hydraulische Nachweise

Bild 7.21  Schema einer parallel (seitlich) angeströmten Überfallkrone („Streichwehr“)

Damit ergibt sich der seitliche Abfluss QStr zu: 3

Q Str =

· 2 · µ · 2g · l ü · h ü2 3

mit QStr ϑ µ lü hü

–  Abfluss über die seitliche Überfallkante [m3/s] –  Beiwert für die Schräganströmung (ϑ = 0,95) [–] –  Überfallbeiwert (µ = 0,5 –:  0,65) [–] –  Länge der Überfallkrone [m] –  mittlere Überfallhöhe [m]

[m3/s]

(7.28)

Mit den o.a. Zahlenwerten lässt sich Gl. 7.28 vereinfachen: 3

Q Str = 2,8 · µ · l ü · h ü2

7.5

[m3/s]

(7.29)

Sohlenbauwerke

Sohlenbauwerke (Sohlenstufen und Sohlenschwellen – s. DIN 4047 Teil 5) dienen der Stabilisierung der Gewässersohle durch eine Reduzierung des Sohlengefälles. Je nach Bauart eines Sohlenbauwerkes, kann die Durch­­gängigkeit des Fließgewässers für wandernde Fische oder andere Organismen durch zu hohe Wasserspiegelunterschiede zwischen OW und UW (z. B. bei einem zu ho­hen Absturz), durch zu hohe Strömungsgeschwindigkeiten (z. B. bei steilen Rampen) oder durch zu glatte Bauwerkskonturen stark beeinträchtigt werden. Unüberwindbar sind na­tür­lich auch die hohen Wasserspiegeldifferenzen bei Wehranlagen. Im naturnahen Wasserbau wird angestrebt, derartige Bauwerke, wo im­mer möglich, durch überwindbare Bauformen zu ersetzen.

7.5  Sohlenbauwerke

211

Zu den Sohlenstufen gehören auch die Sohlenrampen. Rampen haben eine durchgehende Sohle und sind daher für Fische und andere Lebewesen passierbar. Um hohe Fließgeschwindigkeiten zu vermeiden, haben ökologisch wirksame Rampen (Gleiten) Neigungen zwischen 1 : 15 und 1 : 20 (Jäggi, 2004).

7.5.1 Hydraulische Wirksamkeit In der DIN 19 661 Teil 2 wird für hydraulisch wirksame Rampen ein zweifacher Fließwechsel (Strömen – Schießen – Strömen) und eine Deckwalze im Un­ter­was­­ser (UW) gefordert (Muth, 2001). Das hydraulische Kriterium für das Auftreten einer Deck­walze sind nach DIN 19 661 Froudezahlen Fr ≥  1,7. Der für eine optimale Ener­gieumwandlung (d.h. „stabiler Wechselsprung“ bzw. „hydraulische Wirksamkeit“) erforderliche Froude-Bereich von 4,5 ≤ Fr ≤ 9,0 kann aufgrund der im na­tur­nahen Wasserbau geforderten niedrigen Rampenhöhen nicht erreicht werden, da die verbleibende Restenergie zur Ausbildung eines stabilen Wechselsprunges nicht ausreicht. Unterhalb der Rampe stellt sich daher häufig ein gewellter Ab­fluss ein (s. Kap. 7.2). Die für Sohlenstufen geforderten hydraulischen Anforderungen entsprechen jedoch nicht den wirklichen Belastungsverhältnissen auf einer extrem rauen Rampe, da der weitaus größte Teil der Energieumwandlung aufgrund der großen Rauheiten auf der Ram­pe selbst stattfindet und nicht, wie bei einem Absturz, im nachgeschalteten Tosbecken (Gebler, 1991). Aus den Strömungsbildern (s. Bild 7.22 a–d) wird deutlich, dass eine Bemessung bei Zugrundelegung des maximalen Abflusses (d.h. es wird „schießender Normalabfluss“ über der Rampe angenommen – s. Bild 7.22 a) zu einer Überdimensionierung der Rampe führt. Bei höheren Abflüssen verhindert der Einstau vom Unterwasser (UW) her, dass dieser Belastungsfall eintritt (s. Bild 7.22 b). Der bei ex­tremem Hochwasser auftretende gewellte Abfluss (s. Farbtafel 28 S. 442 unten) belastet das Bauwerk geringer als kleinere Abflüsse, bei denen der Einstau vom Unterwasser noch nicht abflusswirksam ist (s. Bild 7.22 c).

7.5.2 Bemessung von Sohlenrampen Als Bemessungsabfluss ist derjenige Abfluss zu wählen, bei dem der Tauch­­­­ strahl in den gewellten Oberflächenabfluss übergeht. Dieser Zustand ist näherungsweise dann erreicht, wenn die Wassertiefe im Unterwasser (UW) die Wasserspiegelhöhe an der Rampenkrone (Grenztiefe) erreicht. Bei bekannter Wassertiefe im Unterwasser, kann der zugehörige Bemessungsabfluss bestimmt werden (s. Kap. 7.3). Zur Dimensionierung von Sohlenrampen gibt es verschiedene Verfahren (Jäggi, 2004; Platzer, 2000). Das äl­te­ste, und daher zumindest in Deutschland am weitesten verbreitete, stammt von Knauss (1979). Das Stabilitätskriterium

212

7  Hydraulische Nachweise

Bild 7.22  Strömung auf einer Steinrampe bei steigendem Abfluss (nach Gebler, 1991)

basiert auf einer vereinfachten Gleichgewichtsbetrachtung am Einzelstein, obwohl letztlich für die Bauausführung eine ge­schlichtete Rampe empfohlen wird. Hierdurch liegt die Bemessung auf der si­che­ren Seite, d. h. derart bemessene Rampen sind überdimensioniert.

213

7.5  Sohlenbauwerke

Das Bemessungsverfahren nach Whittaker & Jäggi (1986) beruht auf Mo­ dell­­untersuchungen. Als Stabilitätskriterium für lockere Rampen wird angegeben:

q krit = 0, 235

3 7 ρS – ρW · g · I – 6 · ds 2 ρW

[m³/(s · m)]

(7.30)

mit qkrit

 ritischer spezifischer Abfluss je Breitenmeter, bei dem Umlagerungen k im Rampenkörper beginnen [m3/(s · m)] ρs Rohdichte der Steine des Rampenkörpers [kg/m3] ρw Dichte von Wasser [kg/m3] g Fallbeschleunigung [m/s2] I Neigung der Rampe [m/m] ds Äquivalenter Kugeldurchmesser der Steine [m] Diese empirisch gefundene Beziehung ist graphisch in Bild 7.23 dargestellt. In der Praxis ist die Rohdichte des Steinmaterials ρS (s. Tabelle 11.3) und die Ram­­penneigung meist gegeben bzw. Planungsgrundlage. Mit der Annahme, dass die Rampenbreite etwa der Sohlenbreite des anschließenden Gewässerabschnittes entspricht, kann der kritische spezifische Abfluss qkrit ermittelt wer-

Bild 7.23  Stabilitätsgrenzen für Steinschüttrampen (ρS = 2650 kg/m³) (Whittaker & Jäggi, 1986)

214

7  Hydraulische Nachweise

den. Nach Einsetzen von Zahlenwerten und Umformung von Gl. 7.30 kann der erforder­liche Stein­durchmesser ds,erf unmittelbar berechnet werden:

ds ,erf

– 13

ρ –ρ =1, 225 · S W ρW

7

2

· I 9 ·q krit 3

[m]

(7.31)

Für den üblichen Fall der Verwendung von Steinen mit einer Rohdichte von ca. ρs = 2700 kg/m³ (z. B. Granit, Porphyr, Dolomit, Marmor und Gneis – s. Tabelle 11.3) reduziert sich die Formel zu: 7

d s ,erf =1, 026 · I 9 · q krit

2

3



[m]

(7.32)

Für offene Kaskadenrampen, bei denen sich in den Böden der Becken ein Kolk ausbildet, gibt es noch kein geschlossenes Bemessungsverfahren. Daher empfiehlt es sich, die Steine der „Querriegel“ mit dem Faktor 1,20 bis 1,25 überzudimensionieren und auf deren tiefe Gründung besonders zu achten. Römisch (2000) hat die Stabilität vergossener Steinschüttungen untersucht. Sie schützen Sohle und Böschungen bei hohen Strömungsbelastungen. Ökologisch gesehen sind sie jedoch als kritisch einzustufen, da sich kein Interstitial ausbilden kann.

7.6 Physikalische und mathematische Modelle Bei der Modellierung von Gerinneströmungen kommen sowohl mathematische Modelle (z. B. Martin & Pohl, 2000; BfG, 1998), als auch physikalische Modelle (Darstellung der Strömungsverhältnisse im verkleinerten Modell) zum Einsatz. Bei Modellen ist sowohl auf die Anwendbarkeit als auch auf Qualität der Ergebnisse zu achten (Stoesser & Dittrich, 2007). Die in den vergangenen Jahren stetig gestiegene Leistungsfähigkeit der Computer und das Vorhandensein entsprechender EDV-Programme hat das Einsatzfeld der mathematischen Modelle erheblich erweitert (DVWK, 1999c; Musall et al., 2006; BWK, 2000). Verfügbar sind heute ein-, zwei- und dreidimensionale Modelle, die für die Lösung vieler hydraulischer Fragestellungen sehr hilfreich sind. Vielfach werden hydrologische Modelle mit hydraulichen Modulen gekoppelt (Bloß & Kleeberg, 2005). Dadurch lässt sich ein „Variantenstudium“ i. d. R. ohne großen Aufwand durchführen (Ammer & Lerch, 1998; Bechteler & Nujic, 2000).

7.6.1 Wasserspiegellagen, Überschwemmungsgrenzen Eindimensionale hydromechanische Modelle genügen meist den Anforderungen an Wasserspiegellagenberechnungen von Fließgewässern, wenn Ausuferungen

7.6  Physikalische und mathematische Modelle

215

nur eine untergeordnete Rolle spielen (Bär et al., 2001). Dies trifft oft für kanalartig ausgebaute Gewässerstrecken mit weitgehend gestreckter Linienführung zu. Sind großflächige Ausuferungen oder die Füllung von Retentionsräumen zu berücksichtigen, sind zweidimensionale Modelle erforderlich. Wegen des großen Rechenaufwandes werden dreidimensionale Modelle bevorzugt bei lokalen, eng umrissenen Fragestellungen eingesetzt. Sie haben im naturnahen Wasserbau bisher noch keine große Bedeutung.

7.6.2 Feststofftransportmodelle Neben der Bestimmung der Wasserspiegellagen, beispielsweise zur Festlegung von Überschwemmungsgrenzen, werden mathematische Modelle heute auch zur Abschätzung der morphologischen Entwicklung einer Gewässerstrecke verwendet. Wichtige Fragestellungen sind die Abschätzung der zukünftigen Entwicklung der Höhenlage einer Gewässersohle oder die Geschiebebilanz eines Gewässers oder einer abgegrenzten Gewässerstrecke. Die dazu entwickelten Feststoffmodelle (s. z. B. Zanke, 2002b; ATV-DVWK, 2003c) werden vielfach mit hydromechanischen Modellen (s. Kap. 7.6.1) gekoppelt und erlauben so eine mehr oder weniger präzise Darstellung der Feststofftransportphänomene und der Morphologie in Abhängigkeit vom langjährigen Abflussgeschehen.

7.6.3 Habitatmodellierung – Öko-Hydraulik Eine Bewertung der morphologischen Strukturen in Bezug auf die Habitatansprüche der unterschiedlichen Organismen in einem Gewässer ist das Arbeitsgebiet der „Öko-Hydraulik“ („Eco-hydraulics“ oder „Environmental hydraulics“). In einem numerischen Modell werden die Strömungsverhältnisse und die Habitatansprüche naturraumtypischer Wasserorganismen gleichzeitig betrachtet. Auf diese Weise ist es möglich, die Auswirkung einer Umgestaltungsmaßnahme im Hinblick auf die zukünftige Besiedlung abzuschätzen. Die Öko-Hydraulik ist ein relativ neues Wissensgebiet, dass sicher in den nächs­ten­ Jahren an Bedeutung gewinnen wird (u. a. Lee et al., 1998; Jorde & Schneider, 1998). Hierbei werden nicht nur die Auswirkungen von baulichen bzw. gewässerstrukturellen Veränderungen vorab bestimmbar, sondern auch die Einflüsse verschiedener Unterhaltungsformen.

7.6.4 Physikalische Modelle, wasserbauliches Versuchswesen Auch wenn mathematische Modelle bei vielen Aufgaben hilfreich sind, gibt es im naturnahen Wasserbau immer noch Fragestellungen, die in der erforder­

216

7  Hydraulische Nachweise

lichen Genauigkeit und Verlässlichkeit nur mit Hilfe des wasserbau­lichen Versuchswesens beantwortet werden können, so dass auf die physikalischen Modelle auch heute noch nicht verzichtet werden kann (DVWK, 1999c; Bechteler et al., 2001). Ein verkleinertes Modell (physikalisches Modell) erlaubt sowohl die unmittel­bare Klärung von komplizierten Strömungssituationen, als auch die umfassende visuelle Darstellung eines Strömungsproblems. Um eine exakte Eichung durchführen zu können, sind jedoch umfangreiche Naturmessdaten erforderlich. Physikalische Modelle dienen häufig zur Ermittlung von Parametern für die mathe­matischen Modelle und zur Aufstellung von empirischen Beziehungen für die vereinfachten (praxisnahen) Berechnungen in der „Technischen Hydraulik“ (z. B. Verlustbeiwerte).

Kapitel 8

Feststofftransport in Fließgewässern

Die Laufentwicklung eines natürlichen Fließgewässers wird maßgeblich von den Feststofftransportvorgängen geprägt. Das permanente Zusammenspiel von Strö­mung und Relief, die Wirkungen wechselnder Abflüsse auf Erosion, Transport und Ablagerung sowie die Auswirkungen von Störungen (z. B. durch das Wurzelwerk von Bäumen und Sträuchern) sind die Gründe, warum sich in natür­lichen Fließgewässern die vielfältigsten Strukturen ausbilden (ATVDVWK, 2002b). An der Vielzahl empirischer Parameter in den Berechnungsformeln zum Fest­stofftransport spiegelt sich wieder, dass viele Zusammenhänge immer noch nicht abschließend geklärt sind und wahrscheinlich auch nicht geklärt werden können (Gyr & Hoyer, 2006). Da die Einflussparameter sehr unterschiedlich sind, und sich dazu noch stän­dig verändern, werden auch zukünftige Formeln nur unter ganz speziellen Vor­aussetzungen ableitbar sein. Bei allen Betrachtungen zum Feststofftransport sollte man sich daher keine exakten Rechenergebnisse erwarten, sondern vielmehr die grundsätzlichen Zusammenhänge im Auge behalten. Neben den Transportprozessen spielen auch ökotoxikologische Gesichtspunkte eine bedeutende Rolle, da sich viele Schadstoffe mit den Sedimenten abgelagert haben und heute in unseren Flüssen eine erhebliche Altlast darstellen können (BMU, 2003b).

8.1 Systematik Die Systematik des Feststofftransportes ist schematisch in Bild 8.1 (s. nächste­ Seite) dargestellt. Ausgehend vom jeweiligen Feststoffherd sorgen chemische Pro­zesse, Ero­sion und Schwerkraft für die Versorgung der Fließgewässer mit ent­spre­chenden Fest­stoff­materialien. H. Patt, Naturnaher Wasserbau © Springer 2009

217

218

8  Feststofftransport in Fließgewässern Feststoffherd

Chem. Prozess

Erosion

Schwerkraft

Gelöste Stoffe

Eingetragenes Material – Spülfracht –

Bettmaterial

Schwebstoff

Geschiebe

Gesamtfeststofffracht

Bild 8.1  Schema zum Feststofftransport (ohne Schwimmstoffe)

Hinsichtlich der Herkunft der Materialien ist zwischen eingetragenem Material (Spülfracht) und Bettmaterial zu unterscheiden (s. Bild 8.1). Die feinkörnige Spülfracht wird fast ausschließlich in Form von Schwebstoff (Suspension) transportiert. Das Bett­material ist den Prozessen Erosion, Transport, Sedimentation und Resuspension ausgesetzt und ist in Abhängigkeit von Abfluss, Wassertiefe, Fließgeschwindigkeit, Gefälle, Korngröße und Korngrößenverteilung, entweder als Geschiebe oder als suspendiertes Bettmaterial (Schweb­stoff) vertreten. Schwimmstoffe sind meist organischen Ursprungs (z. B. Laub, Äste, Bäume, usw.) und stammen vom Ufer- und Vorlandbewuchs. Im Oberlauf eines Gewässers sind die organischen Materialien eine wichtige Nähr­stoffquelle und somit ein wichtiger Bestandteil der Nahrungskette (s. Kap. 4). Transportarten Geschiebe und Schwebstoffe sind ungelöste Stoffe. Diese stammen aus dem Einzugsgebiet des Gewässers, aus seitlichen Zuflüssen oder aus dem Sohlen- und Ufersubstrat. Die Übergänge und Gren­zen zwischen den einzelnen Transportarten sind nicht immer klar be­stimmbar. Schwebstofftransport. Beim Schwebstofftransport bewegen sich die Fest­ stoffteilchen ohne Sohlenkontakt in der Strömung mit. Für diese Transportart sind die Sinkgeschwindigkeit der Feststoffe (d. h. Korndurchmesser, Korn­ dichte, Korn­form und Dichte des Wassers) und die Strömungsparameter (d. h. Ge­schwin­dig­keitsverteilung im Gerinne und Turbulenz) die maßgeblichen Einflussfaktoren.

8.1  Systematik

219

In stehenden Gewässern (z. B. Seen und Stauraumhaltungen) und Bereichen mit geringeren Strömungsgeschwindigkeiten (z. B. schwach durchströmte Bereiche auf den Vorländern) können durch Schweb­stoffablagerungen beträchtliche Verlandungen entstehen (DVWK, 1999d). Im naturnahen Wasserbau werden diese auch künst­­lich herbeigeführt (z. B. durch Paralleleinbauten), um in den Gewässern spezielle Lebensräume zu schaffen. Im Unterlauf eines Fließgewässers hat der Schwebstofftransport nur geringen Einfluss auf die gewässermor­phologischen Strukturen, obwohl Schwebstoffe dort den weitaus größten Teil des transportierten Materiales ausmachen. Weiterführende Hinweise zu der überaus komplexen Schwebstofftransportproblematik, im Prinzip eine dreidimensionale Zweiphasenströmung, kann der entsprechenden Fachliteratur entnommen werden (z. B. Zanke, 1982 und 1990; Yalin, 1972 und 1992; Bechteler, 1986; Mertens, 1990; ATV-DVWK, 2003c). Geschiebetransport. Der Geschiebetransport spielt sich in den sohlennahen Be­ reichen ab und ist deshalb einer der wichtigsten Faktoren bei der Ausformung des Gewässerbettes. Er hängt im wesentlichen vom Abfluss, Gefälle, Sohlenauf­bau und vom Feststoffdargebot ab. Ero­sions- und Sedimentationsvorgänge wech­­­seln in einem naturbelassenem Fließgewässer ständig einander ab und cha­rak­ terisieren den Geschiebehaushalt einer Gewässerstrecke. Anthropogene Beeinflussungen haben erheblich dazu beigetragen, dass die natürliche Versorgung der Fließgewässer mit Feststoffmaterialien in vielerlei Hinsicht gestört ist (s. Kap. 3.4). Dies gilt insbesondere dann, wenn Laufkorrekturen durchgeführt oder Stauanlagen gebaut wurden. Es kann davon ausgegangen werden, dass nahezu alle Eingriffe des Menschen in den natürlichen Geschiebehaushalt wasserbauliche Folgemaßnahmen bedingen. Schwimmstoffe. Schwimmstoffe sind meist organischen Ursprungs und bewegen sich schwimmend auf der Wasseroberfläche oder oberflächennah mit der Strömung. Dazu zählen u. a. von der Strömung losgerissene Bäume und Sträucher, die noch biologisch aktiv (d.h. ausschlagfähig) sind, aber auch nicht mehr ausschlagfähige Materialien (sogenanntes Totholz). Auf die Bedeutung als Lebensraum wurde bereits hingewiesen (s. Kap. 4.1.4). Eines der wichtigsten Ziele im naturnahen Wasserbau ist die Erhöhung der Strukturvielfalt in einem Fließgewässer. Dabei haben abgelagerte oder in den vorhandenen Strukturen festgesetzte Schwimmstoffe eine besondere Bedeutung. Da­zu gehören u. a. die Ablenkung der Strömung sowie die Einleitung und Unterstützung der Seitenerosion. Der naturnahe Wasserbau nutzt diese Mechanismen bei bestimmten Bauweisen (z. B. Wurzelstockbuhne, Rauhbaum – s. Kap. 10.4.2). Schwimmstoffe können die Abflussleistung eines Gerinnes erheblich redu­ zieren. Das gilt insbesondere dann, wenn sie in Form von Verklausun­gen den vorhandenen Fließquerschnitt einschränken (s. Bild 8.2). Hinter derartigen Hinder­nissen können sich tiefe Kolke ausbilden, die die Sohlenstrukturen auf weite Strecken dominieren (s. Bild 8.3).

220

8  Feststofftransport in Fließgewässern

Bild 8.2  Schwimmstoffe setzen sich an Engstellen fest und …

Bild 8.3  … bewirken unterstrom der Störung großflächige Auskolkungen

8.2  Transportbeginn

221

Physikalische Eigenschaften von Wasser und Feststoff, Korndurchmesser Neben der Dichte ρw und der kinematischen Zähigkeit νw des Wassers (beide ab­ hängig von der Temperatur) sind die Dichte des Feststoffes ρF und dessen Korngrößenverteilung von entscheidender Bedeutung für den Feststofftransport. Als Eingangsgröße für die Berechnungsformeln dient i.d.R. ein charakteristi­ scher Korndurchmesser dch, der die Eigenschaften des Korngemisches widerspie­ geln soll. In der Transportfunktion nach Meyer-Pe­ter & Müller (1949) – s. Kap. 8.5.2 – wird z. B. als charakteristischer Korndurchmesser der mittlere Korndurchmesser dm verwendet. Weiterführende Hinweise dazu sind z. B. bei Simons & Sentürk (1977) zu finden.

8.2 Transportbeginn Aufgrund der natürlichen Ausgangsbedingungen (z. B. Aufbau der Sohle, Strömung) ist der Beginn des Feststofftransportes (Transportbeginn) stark vom subjektiven Be­finden des Beobachters abhängig und daher oft nicht eindeutig zu bestimmen. Gröbere Körner sind der Strömung stärker ausgesetzt, halten dafür aber grö­ ßeren Strömungskräften stand. Kleinere Körner werden zwischen den größeren abgeschirmt (sog. „Hiding-Effekt“ – s. Bild 8.4), haben aber einen kleineren Erosionswiderstand. Diese sich z. T. aufhebenden Einflüsse führen da­zu, dass sich i. d. R. mehrere Fraktionen eines Korngemisches gleichzeitig in Bewegung setzen. Die Angabe eines charakteristischen Korndurchmessers für die Berechnung entspricht daher durchaus den natürlichen Gegebenheiten beim Trans­ port­be­ginn. Der überwiegende Teil der Messdaten, die zur Ableitung von Transportformeln verwendet werden, stammen aus Laboruntersuchungen. Die Formeln gelten zu­meist nur für rolliges Material mit d > 0,1 mm. Rechnerisch kann der Bewegungsbeginn über die kritische Geschwindigkeit oder die kritische Schubspannung ermittelt werden.

Bild 8.4  Hiding-Effekt bei der Ausbildung der Gewässersohle (nach DVWK, 1992a)

222

8  Feststofftransport in Fließgewässern

8.3 Kritische Geschwindigkeit Hjulström (1935) hat den Bewegungsbeginn von Quarzsand in Abhängigkeit von der mittleren Geschwindigkeit vm und dem charakteristischen Korndurchmesser dch dargestellt (s. Bild 8.5). Das Diagramm gilt nur für weitgehend ebene Gewässersohlen und für Wassertiefen größer als ca. 1 Meter. Es wird emp­foh­ len, das Diagramm nur bis d ≈ 0,1 mm zu benutzen, da der Transportbeginn von kohäsiven Materialien nicht erfasst wird. Aufgrund der Unsicherheiten bei der Festlegung des Bewegungsbeginns ist die­ser durch ein „Band“ gekennzeichnet. Oberhalb des „Bandes“ liegt der Be­reich­ „Be­wegung“, darunter der Bereich „Ruhe“. Durch Verwendung der oberen­ (hohe Bewegungswahrscheinlichkeit) oder unteren Grenzkurve (nie­ drige Bewe­gungswahrscheinlichkeit) kann das Bewegungsrisiko näherungsweise berücksichtigt werden. Eine dimensionsreine empirische Beziehung, mit der die kritische mittlere Geschwindigkeit vm,cr unter Berücksichtigung von Wassertemperatur und Ad­ hä­sion bestimmt werden kann, wurde von Zanke (1982) entwickelt. Die Gleichung lautet: 0 ,5

vm ,cr = 2,8 · (ρ ' · g · d ch ) + 14,7

υ ·c d ch a

[m/s]

mit vm,cr

kritische mittlere Fließgeschwindigkeit  [m/s]

ρ´

relative Feststoffdichte ρ'=

g dch ν ca

Fallbeschleunigung  [m/s2] charakteristischer Durchmesser  [m] Zähigkeit des Wassers  [m2/s] Adhäsion (für natürliche Sande ca = 1)

ρF – ρW ρW

(8.1)

[–]

Die Formel gilt für Wassertiefen h zwischen 0,7 und 2,0 Meter (im Mittel 1,4 m). Für natürliche Sande ist die Adhäsion ca = 1. Liegen die Wassertiefen außerhalb des angegebenen Bereichs, kann die nach Gl. 8.1 ermittelte kritische mittlere Fließgeschwindigkeit vm,cr mit dem Faktor (hvorh/1,4)1/6

(8.2)

an die vorhandene Wassertiefe hvorh [m] angepasst werden. Ein Rechenbeispiel fin­det sich in DVWK (1992a).

8.4  Kritische Schubspannung

223

Bild 8.5  Bewegungsbeginn für Quarzmaterial (nach Hjulström, 1935; aus DVWK, 1992a)

8.4 Kritische Schubspannung Die auf das Gewässerbett wirkende Schubspannung ist nicht gleich­mäßig über den gesamten Fließquerschnitt verteilt, sondern weisen, in Abhängigkeit vom Gerinneprofil, eine besondere Charakteristik auf. Zu unterscheiden ist zwischen den Schubspannungen an den seitlichen Berandungen (Wände oder Bö­schungen) und der Fließgewässersohle. In einem Trapezprofil wird sich beispielsweise in etwa eine Verteilung wie in Bild 8.6 dargestellt einstellen. Sohlenschubspannung Die klassische Ableitung für die an der Gewässersohle wirkende Schubspannung­ (Sohlenschubspannung) beruht auf einem Gleichgewichtsansatz an dem in Bild 8.7 dargestellten Wasserkörper.

Bild 8.6  Verteilung der Schubspannung in einem trapezförmigen Gerinnequerschnitt

224

8  Feststofftransport in Fließgewässern

Bild 8.7  Schema zum Schubspannungsansatz im Gewässerbett

Die Gewichtskraft des Wasserkörpers G ergibt sich aus: G = l · A · ρw · g mit G l A ρw g h

[N]

(8.3)

Gewichtskraft des Wasserkörpers  [N] Länge des Wasserkörpers   [m] Querschnittsfläche   [m2] Dichte des Wassers  [kg/m3] Fallbeschleunigung  [m/s2] Wassertiefe

Die Komponente der Gewichtskraft F des Wasserkörpers in Fließrichtung be­ trägt (bei kleinen Winkeln α kann vereinfacht sin α ≈ Is angenommen werden): F = G · sin α ≈ G · Is = l · A · ρw · g · Is

[N]

(8.4)

mit Is Sohlengefälle  [–] Aus der Gleichgewichtsbedingung F = τ · l · lu ergibt sich τ = ρw · g · rhy · Is

[N/m2]

(8.5)

mit rhy = A/lu hydraulischer Radius [m] lu benetzter Umfang [m] Für breite (Rechteck-) Gerinne gilt (Gerinnebreite b > 30 h):

rhy =

b·h b· h ≈ = h b + 2h b

[m]

(8.6)

225

8.4  Kritische Schubspannung

Damit vereinfacht sich Gl. 8.5 zu τ = ρw · g · h · Is

[N/m2]

(8.7)

Mit Hilfe dieser Beziehung lässt sich die für den Transportbeginn maßgebliche Schubspannung τ bestimmen. Wenn die vorhandene (aktuelle) Sohlenschubspannung τ einen kritischen Wert τcr überschreitet, setzt sich theoretisch das Sohlen­material in Bewegung. Bewegungsbeginn Shields (1936) hat die auf die Kornrauheit der Sohle wirkenden Kräfte bilanziert und in dimensionsloser Schreibweise dargestellt. Dieses Diagramm wurde von Zanke (1990) auf Bereiche geringerer Schubspannungen erweitert und mit An­gaben über die Wahrscheinlichkeit des Bewegungsbeginns versehen (s. Bild 8.8). Der kritischen Schubspannung nach Shields (1936) wurde eine Bewegungswahrscheinlichkeit von 10 Prozent zugeordnet. Das bedeutet, dass 10 Prozent der Körner an der Gerinnesohle in Bewegung sind. Als Eingangsgrößen für Bild 8.8 werden folgende Kennzahlen benötigt: Feststoff-Reynoldszahl Re*:

Re * =

v o* · d ch ν

[–]

(8.8)

[–]

(8.9)

[–]

(8.10)

[–]

(8.11)

Feststoff-Froudezahl Fr*:

v *o2 Fr * = ρ' · g · d ch Sedimentologischer Durchmesser D*:

ρ' g D = ν2 *

1

3

· d ch =

Re * 2 Fr *

1

3



Relative Feststoffdichte ρ’:

ρ'=

ρF – ρw ρw



Die Schubspannungsgeschwindigkeit v0*an der Sohle beträgt:

vo* = t o / ρ w = g · r hy · Is

[m/s]

(8.12)

226

8  Feststofftransport in Fließgewässern

Bild 8.8  Bewegungsbeginn nach Shields (1936) mit Angabe des Bewegungsrisikos (R) nach Zanke (1990); aus DVWK (1992a)

Im hydraulisch glatten Bereich gilt Fr* ≈ 0,1/Re*, (d.h. Zähigkeitskräfte dominieren). Im hydraulisch rauen Bereich (etwa ab Re* > 300 bzw. D* ≈ 150  →  ds ≈ 0,06 cm) ist Fr* nicht mehr von Re* abhängig. In diesem Bereich sind Druckkräfte und Formwiderstände für den Transportbeginn maßgebend. Zwischen den beiden Bereichen liegt eine Übergangszone, die große praktische Bedeutung hat. Die untere Gültigkeitsgrenze des Shields-Diagramms liegt bei D* ≈ 1, d. h. dch ≈ 0,05 mm. Transportkörper Hat sich das Feststoffmaterial in Bewegung gesetzt, bildet sich, in Abhängigkeit von den sedimentologischen und hydraulischen Einflüssen, eine der in Bild 8.9 dargestellten Sohlenformen (Transportkörper) aus, denen entsprechende Fließwiderstände zuordbar sind (s. Kap. 7.3.4). Bei veränderten Bedingungen passt sich die Strömung an, die ihrerseits von dem natürlichen Abflussdargebot abhängig ist (s. Kap. 6). Die intensive Verzahnung von Strömung und Gewässerbett ist auch hier wieder deutlich zu erkennen. Rif­feln sind kleine Sohlenunebenheiten von unregelmäßiger Form (Abmes­ sun­gen im Zentimeter- und Dezimeterbereich). Die Größenordnung von Dünen­ liegt da­gegen im Dezimeter- und Meterbereich. Riffeln und Dünen bewegen sich stets in Strömungsrichtung, während die bei schießendem Abfluss (Fr > 1) auftretenden Antidünen gegen die Strömung wandern. Die Wechselwirkungen von Strömung und Transportkörper ist der Gegenstand von hydraulisch-sedimentologischen Berechnungen. Dazu wird die hydraulische Berechnung (vorzugsweise nach Darcy-Weisbach – s. Kap. 7.3.2) mit einer Feststofftransportberechnung gekoppelt. Damit ist es möglich, sowohl den Ist-Zustand als auch die Veränderungen von Abflussleistung und Geschiebe-

8.4  Kritische Schubspannung

227

Bild 8.9  Sohlenformen in Abhängigkeit von sedimentologischen und hydraulischen Ein­ fluss­größen – Quarzmaterial – (ρF  = 2650 kg/m3; ρW = 1000 kg/m³; T = 18°C) (verändert nach Zanke, 1976)

trieb nach einer Umgestaltungsmaßnahme abzuschätzen. Zusätzlich sind langfristige Prognosen über die morphologische Veränderung der Gewässersohle möglich (DWA, 2006a; ATV-DVWK, 2003c). Kohäsive Sohlen Die bisherigen Ausführungen und Bestimmungsgleichungen für den Bewegungsbeginn und den Feststofftransport galten für nichtkohäsive Sohlen, also typische Sand- und Kiessohlen. Im Falle kohäsiver Sohlenmaterialien (Ton, Lehm u.ä.) wird die kritische Geschwindigkeit vm,cr größer, d. h. die Sohle wird stabiler. Für kohäsive Sedimente­ werden in Hoffmanns & Verheij (1997) die in Tabelle 8.1 aufgeführten Werte angegeben. Die Gleichung zur Bestimmung der mittleren kritischen Geschwindigkeit vm,cr für kohäsive Sedimente lautet:

v m,cr = lg mit h dch

8,8 h d ch

0,4 (ρ F – ρ W ) g · d ch + 0,021 · C0 ρW

[

]

–  Wassertiefe [m] –  Charakteristischer Korndurchmesser [m]

[m/s]

(8.13)

228

ρF ρW Co

8  Feststofftransport in Fließgewässern

–  Dichte des Feststoffes [kg/m3] –  Dichte des Wassers [kg/m3] –  Kohäsion [N/m2]

Algenbewuchs In Fließgewässern mit sandiger Sohle und mäßiger Verunreinigung kann sich durch den Algenbewuchs auf der Gewässersohle ein dünner, hautartiger Film, ähnlich einer Sielhaut, ausbilden. Dieser Film glättet die Sohlenoberfläche, erhöht den Verbund der einzelnen Partikel und trägt damit zur Stabilisierung der Sohle bei (z. B. Führböter, 1983; Heinzelmann, 1992, Spork et al., 2000). Ähnliche Stabilisierungseffekte sind bei Kolmationsvorgängen an der Gewässersohle zu erwarten. Kritische Schubspannungen für verschiedene Ausbaumethoden Die Stabilität eines bestimmten Böschungsaufbaus wird mittels einer Gleichgewichtsbetrachtung bestimmt. Damit die Stabilitätsbedingungen erfüllt sind, muss die angreifende Sohlenschubspannung τ nach Gl. 8.5 bzw. Gl. 8.7 kleiner sein als die kritischen Werte der jeweiligen Ausbauvariante (s. Tabelle 10.1). Die im Vergleich zur Sohle geringere Schubspannung auf den Böschungen (s. Bild 8.6), wird rechnerisch durch einen prozentualen Abschlag oder durch die Einbeziehung des natürlichen Reibungswinkels der Böschungen berücksichtigt.

Tabelle 8.1  Schätzwerte für die mittlere kritische Geschwindigkeit vm,cr für kohäsive Sedimente (nach Hoffmanns & Verheij, 1997) Bodenart

Wassertiefe h [m]

Mittlere kritische Geschwindigkeit vm,cr [m/s]

Lehmiger Sand, lehmiger Ton, nicht verfestigt Schwach lehmiger Sand, mittlere Verdichtung Schwach lehmiger Ton, fest

  1,0   1,0   1,0

0,4 0,8 1,2

Stark lehmiger Ton, geringe Dichte Stark lehmiger Ton, mittlere Dichte Schwerer lehmiger Ton, fest

  3,0   3,0   3,0

0,5 1,0 1,5

Ton, geringe Dichte Ton, mittlere Dichte Harter Ton

10,0 10,0 10,0

0,6 1,3 1,9

8.5  Geschiebetransportformeln

229

Deckschicht und Interstitial Die Ausbildung einer Deckschicht hat große Bedeutung für die Stabilität der Sohle aber auch für die Austauschvorgänge zwischen Wasser- und dem Porenwasserraum unter der Gewässersohle (Interstitial). Als Deck- oder Abpflasterungsschichten werden Schichten bezeichnet, die sich durch selektive Erosionsvorgänge derart umgelagert haben, das es zu einer Steigerung der Sohlenstabilität kommt. Das Kornmaterial einer Deckschicht besteht aus gröberen Körnern, deren Hohlräume durch Kies- und Sandanteile optimal verfüllt sind. Deckschichten haben die Stärke des Größtkornes und schützen das darunter befindliche Material vor der Strömung. Für die Abschätzung der kritischen Schubspannung cr (s. Kap. 8.4) stehen eine Reihe von Berech­nungs­formeln zur Verfügung. Dittrich (1999) hat diese ausgewertet und hinsichtlich ihrer Anwendung überprüft. Wichtig für die Auswahl einer Formel ist der Zustand der Deckschichtbildung, d.h. ob diese bereits voll ausgebildet oder erst am Entstehen ist. Für die Ermittlung der aktuellen Schubspannung τ (Strömungsangriff) wird ein Typisierungskonzept vorgeschlagen, welches die Widerstandswirkungen der einzelnen Grobstrukturen berücksichtigen hilft. Von der Ausbildung der Sohle werden sowohl die Lebensbedingungen benthischer Invertebraten (wirbellose Bewohner der Gewässersohle) geformt als auch die dort lebenden Organismen unmittelbar betroffen (Borchardt et al., 2001). Die Turbulenz bzw. die turbulenzbedingten Druckschwankungen haben nicht nur einen maßgeblichen Einfluss auf die Sohlenstabilität, Sedimenttransport sondern beeinflussen auch den Austausch zwischen Porenwasser und fließender Welle (Dittrich & Träbing, 1999).

8.5 Geschiebetransportformeln Die Entwicklung allgemein gültiger Geschiebetransportformeln ist seit Jahrzehn­ ten ein Forschungsschwerpunkt der Hydromechanik. Aus theoretischen (eindi­ men­sionalen) Betrachtungen über den Gleichgewichtszustand zwischen den Schubspannungen an der Gewässersohle resultieren zahlreiche Formeln. Die sich aus der Dreidimensionalität der Strömung ergebenden Effekte werden in den For­meln jedoch nicht berücksichtigt, so dass die Genauigkeit sehr eingeschränkt ist. In dieser Ausarbeitung sollen nur die Gleichungen von Einstein und Einstein & Brown so­wie die Formel von Meyer-Peter & Müller (1949) näher erläutert werden, da sie die in der Praxis vorkommenden Anwendungsbereiche weitgehend abdecken. Eine vollständige analytische Ableitung einer Gleichung für die Geschiebebewegung stammt von Zanke (1999). Basierend auf einem alten Ansatz von Du Boys ergibt sich der Geschiebetransport aus dem Produkt der Dicke der bewegten Sedimentschicht mit der mittleren Geschwindigkeit dieser Schicht.

230

8  Feststofftransport in Fließgewässern

8.5.1 Formel von Einstein Die Sedimentbewegung wird von Einstein als ein Wahrscheinlichkeitsproblem betrachtet, in das sowohl die Strömungsparameter als auch die sedimentspezifischen Parameter einbezogen werden. Aus Labormessungen mit verschiedenen Korn­gemischen wurden die dimensionslosen Kennzahlen Transportintensität und Strömungsintensität abgeleitet. Die Transportintensität Φ ist durch

mG 1 Ф= · ρw · ρ' ρ' mit mG

1

1 2

·

1 g ·d 3

2



[–]

(8.14)

[–]

(8.15)

Geschiebetrieb [kg/(m · s)]

gegeben und die Strömungsintensität ψ durch

ψ=

d · ρ' h· I

In Bild 8.10 ist neben der reinen Geschiebefunktion nach Einstein auch eine spä­ter entwickelte Gesamttransportgleichung nach Einstein & Brown dargestellt.

Bild 8.10  Geschiebefunktionen von Einstein und Einstein & Brown (aus Vetter, 1988)

8.5  Geschiebetransportformeln

231

8.5.2 Formel nach Meyer-Peter & Müller Das Grundkonzept der Meyer-Peter & Müller-Formel ist der Vergleich von aktueller Schubspannung τ und kritischer Schubspannung τcr, bei der sich das Sohlenmaterial mit dem charakteristischen Korndurchmesser dch in Bewegung setzt (s. Striche unter Gl. 8.16). Die Gleichung lautet:

ρF 8 mG = · · g ρ F – ρw mit mG Ir dch

Ir =

k Str · I kr



(8.16) [kg/(m · s)]

[–]

(8.17)

[m1/3/s]

(8.18)

Beiwert nach Manning-Strickler  [m1/3/s] Koeffizient der Kornrauheit  [m1/3/s]

26 6

d 90

und d90

RS = h · mit Rs Qs Q

3 2

]

Geschiebetrieb  [kg/(m · s)] Reibungsgefälle  [–] charakteristischer Korndurchmesser  [m]

kStr k r

kr =

1 [ ρ g I R – 0, 047 · ( ρF – ρw ) · g · d ch r w · w· · r· s τcr τ



Korndurchmesser beim 90-Prozent-Durchgang  [m]

QS Q

[m]

(8.19)

hydraulischer Radius für den transportwirksamen Abflussanteil [m] transportwirksamer Abflussanteil [m3/s] Abfluss [m3/s]

Über den transportwirksamen Abflussanteil Qs wird die an den Transportvorgängen beteiligte Querschnittsfläche berücksichtigt. Zur Festlegung dieses An­ teiles wird die Geschwindigkeitsverteilung im Querschnitt (Iso­tachen) benötigt. Näherungsweise kann Rs ≈ h · (b/lu) angenommen werden (lu-benetzter Um­fang). Bei breiten Gerinnen (b > 30 · h) kann anstelle von Rs die Wassertiefe h eingesetzt werden.

232

8  Feststofftransport in Fließgewässern

8.5.3 Anwendungsbereiche der empirischen Formeln Berechnet man den Geschiebetrieb mit verschiedenen Transportformeln und vergleicht die Resultate, weichen die Ergebnisse in der Regel mehr oder weniger stark voneinander ab (Zanke, 1992). Eine allgemein gültige Formel gibt es nicht (Vetter, 1988). Ein Vergleich der verschiedenen Formeln ergab, dass bei der Auswahl insbesondere die entsprechenden Gültigkeitsgrenzen beachtet werden müssen. Hinweise zur Abschätzung des Anwendungsbereiches der verschiedenen Formeln finden sich u. a. bei Pernecker & Vollmers (1965). Die Einstein & Brown-Formel (Kap. 8.5.1) ist z. B. beim Vorhandensein von feinem Sohlenmaterial besonders geeignet, während die Meyer-Peter & MüllerFormel (Kap. 8.5.2) den Bereich der Sand- und Kiessohlen abdeckt. Aus der analytischen Lösung von Zanke (1999) lassen sich die Anwendungsgrenzen der Meyer-Peter & Müller-Formel wie folgt ermitteln: Re*d > ≈ 70 und τ/τc > ≈ 1,3 sowie h/d > ≈ 28(τ* –t*c). Die analytische Lösung deckt sich für diesen Wertebereich gut mit den Ergebnissen der Meyer-Peter & Müller-Formel (s. Kap. 8.5.2). Die Auswirkungen von Schwankungen der Eingangsgrößen in den Transport­ formeln (z. B. Messungenauigkeiten bei der Bestimmung Feststoffdichte, Was­ sertiefe oder charakteristischem Korndurchmesser) auf die Genauigkeit einer Feststofftransportberechnung wurden von Bechteler & Maurer (1989) mittels eines Gütekonzeptes untersucht. Durch Sensivitätsanalysen mit häufig verwendeten Feststofftransportformeln lässt sich beurteilen, inwieweit sich Ungenauigkeiten bei den Eingangsgrößen (z. B. Messfehler) auf das jeweilige Berechnungsergebnis auswirken. Damit kann man für die Praxis abschätzen, ob sich ein größerer Messaufwand (z. B. bei der Bestimmung der mittleren Fließgeschwindigkeit) signifikant auf die Genauigkeit der Transportberechnungen auswirkt.

8.5.4 Geschiebejahresfracht Die in Bild 8.11 (s. nächste Seite) dargestellte Berechnung der Geschiebejahresfracht ermöglicht Aussagen über den Geschiebehaushalt eines Fließgewässers. Ausgehend von der Abflussdauerlinie (s. Bild 8.11 – A) und der Abflusskurve (s. Bild 8.11 – B) las­sen sich die Geschiebetransportkurve (s. Bild 8.11 – D) und schließlich die Ge­schiebe­dauerlinie (s. Bild 8.11 – C) berechnen. Zur Ermittlung der Geschiebetransportkurve muss eine geeignete Transportformel gewählt werden (z. B. die Formel von Meyer-Peter & Müller – s. Kap. 8.5.2). Aus Bild 8.11 – D sind die Abflussbedingungen beim Transportbeginn unmittelbar ablesbar. Die Geschiebejahresfracht entspricht der schraffierten Fläche links unten in Bild 8.11 – C.

8.6  Messmethoden für den Feststofftransport

233

Q [m3/s]

B

A 200 Abflussdauerlinie

Abflusskurve

100

mg [kg/s]

C

D

2 Geschiebetransportkurve

Geschiebedauerlinie 1

0

100

200

300

365

1

Tage

2

3

Wassertiefe h [m]

Bild 8.11  Schema zur Ermittlung der Geschiebejahresfracht (nach DVWK, 1992a)

8.6 Messmethoden für den Feststofftransport Die Messung des Feststofftransportes vor Ort im Fließgewässer hat für die Aufstellung und Überprüfung einer Feststoffbilanz erhebliche Bedeutung. Aufgrund der andersartigen Transportmechanismen bei Schwebstoff und Geschiebe gibt es dazu unterschiedliche Messapparaturen. Hier soll jeweils ein kurzer Überblick gegeben werden.

8.6.1 Geschiebemessung Bei den quantitativen Messmethoden wird zwischen beweglichen Geschiebefängern (s. z. B. Bild 8.12 – Geschiebefänger der Bundesanstalt für Gewässerkunde) und festen Geschiebefangeinrichtungen (stationär an der Sohle eingebaut) un­ terschieden. Angaben zu wichtigen Konstruktionsmerkmalen und zur Effizienz eines Geschiebefängers werden ausführlich in DVWK (1992a) beschrieben.

234

8  Feststofftransport in Fließgewässern

Bild 8.12  Geschiebefänger der Bundesanstalt für Gewässerkunde (aus DVWK, 1992a)

Zu den qualitativen Methoden der Geschiebemessung zählen u. a. die akusti­ schen Messungen (Aufnahme der Bewegungsgeräusche) und die verschiedenen Tracermethoden (z. B. radioaktive Markierung, Magnettracertechnik). Des Weiteren ist es möglich, über die Entnahmemengen bei regelmäßigen Baggerungen und daraus abgeleitete Massenbilanzen (Geschiebebilanzrechnung) überschlägliche Angaben zum Geschiebetrieb zu machen.

8.6.2 Schwebstoffmessung Schwebstoffgehalt und Schwebstofftransport sind für die Beurteilung physikalischer und ökologischer Prozesse im Gewässer von Bedeutung. Schwebstoffmessungen erlauben Rückschlüsse sowohl auf physikalische (z. B. Verlandung, Verschlammung, Abschätzung von Verschleißerscheinungen an Turbinen) als auch auf ökologische Prozesse (z. B. Beurteilung der Sauerstoffzehrung, Lebensbedingungen für Fische, Schwermetalle) im Gewässer. Messgeräte zur Bestimmung des Schwebstoffgehaltes wurden von Schemmer (1995) zusammengestellt. Neue Entwicklungen werden u. a. in einem Tagungsbericht der Bundesanstalt für Gewässerkunde vorgestellt (BfG, 1999).

Kapitel 9

Flussgebietsmanagement, Fließgewässerentwicklung

In den letzten Jahren haben zahlreiche neue europäische Richtlinien das wasserwirtschaftliche Handeln geprägt. Dazu zählen u.a. die Europäische Wasserrahmenrichtlinie (EG-WRRL) und die Europäische Hochwasserschutzrichtlinie. Im Hinblick auf die Bewirtschaftung der Gewässer („Oberflächenwasser­ körper“) und des Grundwassers, ist insbesondere die EG-Wasser­rahmenrichtlinie von Bedeutung. Wesentliche Instru­mente der Wasser­rah­men­richtlinie sind die Be­wirtschaf­tungs­pläne für Einzugsgebiete (Art. 13 EG-WRRL) und die Maß­ nahmenpro­gramme (Art. 11 EG-WRRL) (s. auch Kap. 2.1). Die Euro­päische Hochwasserschutzrichtlinie wird dazu beitragen, die Flächen in Gewässer­nähe (im Wesentlichen die „Überschwemmungsgebiete“) für den Wasserrückhalt zu sichern und damit einer für den Abfluss unverträglichen Nutzung zu entziehen. Es ist zu hoffen, dass diese Areale zukünftig für die naturnahe Gestaltung der Fließgewässer, d. h. für eine Verbesserung der Gewässerstruktur, zur Verfügung stehen werden. Oft spielen aber auch naturschutzfachliche Regelungen, dargestellt u.a. in der Fauna-Flora-Habitat-Richtlinie (Richtlinie 92/43/EWG des Rates vom 21. Mai 1992 – sog. FFH-Richtlinie) (Kap. 2.1.2) oder der EU-Vogelschutzrichtlinie (Richt­linie 79/409/EWG des Rates vom 2. April 1979), eine wichtige Rolle. Die Vogelschutzrichtlinie regelt den Schutz der wildlebenden Vogelarten und ihrer Lebensräume in der Europäischen Union. In den genannten Richtlinien wird dem Schutz der natürlichen Lebensräume im „Wasserkörper“ und auf den angrenzen­den Flächen (d. h. auch den Fließgewässerauen) u. a. im Hinblick auf die Biotopvernetzung erhebliche Bedeutung beigemessen. Im Wesentlichen dienen sowohl die EG-Wasserrahmenrichtlinie als auch die EU-Vogelschutzrichtlinie der Umsetzung der Berner Konvention. Ein wichtiges Ziel dieser Konvention ist die Schaffung eines zusammenhängenden Netzes von Schutzgebieten, das Natura 2000 genannt wird (BMU, 2007c). Der Verpflichtung, die genannten europäischen Richtlinien rechtlich verbindlich einzuführen, kam die Bundesrepublik Deutschland zwischenzeitlich nach, H. Patt, Naturnaher Wasserbau © Springer 2009

235

236

9  Flussgebietsmanagement, Fließgewässerentwicklung

u.a. durch entsprechende Anpassungen des Wasserhaushaltsgesetzes (WHG) (s. Kap. 2.4) und des Bundesnaturschutzgesetzes (BNatSchG) (s. Kap. 2.6). Inwieweit die Länder gemäß Art. 72 Abs. 3 GG abweichende Regelungen treffen werden, bleibt abzuwarten (s. auch Kap. 2.3). Im Hinblick auf die fristgerechte Umsetzung der EG-Wasserrahmenrichtlinie, werden in den Jahren 2008 und 2009 wesentliche Entscheidungen zu treffen sein. Dies betrifft insbesondere die Ausgestaltung der Bewirtschaftungspläne und der Maßnahmenprogramme auf regionaler Ebene, d.h. die konkrete Umsetzung einer Planung vor Ort („Maßnahmenplanung“). Dazu werden z.Zt. im Rahmen der Öffentlichkeitsbeteiligung Gesprächsrunden (sog. „Runde Tische“) organisiert, mit dem Ziel, die „programmatische Ebene“ der Rahmenplanung an das konkrete Handeln vor Ort heranzuführen. Über die Ergebnisse wird in einer späteren Auflage dieses Buches zu berichten sein. Da sich die endgültige Vorgehensweise und auch die Begrifflichkeiten erst im Verlaufe des Umsetzungsprozesses abschließend klären werden, ist das Instru­ men­t „Fließgewässerentwicklungsplanung“ in dieser Auflage des Buches nochmals enthalten. Es wird sinnvoll sein, das über Jahrzehnten gesammelte Wissen und die praktischen Erfahrungen mit der Fließgewässer- und Auenentwicklung in die unterschiedlichen Ebenen der Maßnahmenplanung zu integrieren, ggf. mit neuen Bezeichnungen und Hierarchien. Hier soll nur der Gesamtrahmen dargestellt werden, ohne das eigentliche Thema dieses Buches, den Naturnahen Wasserbau, aus dem Auge zu verlieren.

9.1 Flussgebietsmanagement Ziel des Flussgebietsmanagements ist es, ein Fließgewässer in seiner Gesamtheit zu bewirtschaften. Bei der Bewirtschaftung sollen alle natürlichen und durch die menschliche Nutzung bedingten Einflüsse berücksichtigt werden. Die einzugsgebietsbezogene Bewirtschaftung eines Fließgewässers ersetzt u.a. die bisherige Aufteilung der Zuständigkeiten entsprechend der politischen Grenzen. Wo bislang grenzüberschreitende Abstimmungen zwischen Staaten oder Ländern erforderlich waren, ist heute eine einzige Behörde für die Bewirtschaftung des Fließgewässers zuständig (Art. 3 EG-WRRL).

9.1.1 Bewirtschaftung nach Flussgebietseinheiten Die Flussgebietseinheiten in der Bundesrepublik Deutschland sind im Wasserhaushaltsgesetz (WHG) benannt (s. Kap. 2.4). Es handelt sich um: Donau, Rhein, Maas, Ems, Weser, Elbe, Eider, Oder, Schlei/Trave und Warnow/Peene. Die Flussgebiete werden wiederum in Bearbeitungsgebiete unterteilt. Für das internationale Flussgebiet „Rhein“ sind dies zum Beispiel: Alpen­rhein/Bodensee, Hochrhein, Oberrhein, Mosel, Neckar, Main, Mittelrhein, Niederrhein und Delta­rhein.

9.1  Flussgebietsmanagement

237

Für die konkrete Vor-Ort-Planung erfolgt eine weitere Unterteilung, z. B. in Teilgebiete mit unterschiedlichen Planungseinheiten.

9.1.2 Umweltziele In Art. 4 EG-WRRL sind die Umweltziele definiert, die durch entsprechende Maßnahmenprogramme erreicht werden soll. Im Hinblick auf die Oberflächenwasserkörper werden als „Umweltziele“ genannt: „Guter Zustand“ Der „gute Zustand “ leitet sich aus naturraumtypischen Referenzgewässern ab, die sich noch in einem natürlichen Zustand befinden. Bundesweit sind rd. 20 Fließgewässertypen ermittelt worden, für die anschließend geeignete Referenzgewässer ausgewählt wurden (ATV-DVWK, 2003b). Auf der Basis der Gewässertypen wurde ein Bezugssystem für die Bewertung aufgebaut. Für das Bewertungsergebnis „guter Zustand“ darf sich das bewertete Gewässer bzw. Gewässerstrecke nur geringfügig vom Zustand des „Referenzgewässers“ unterscheiden. „Gutes ökologisches Potenzial“ Falls das Gewässer als „künstlich“ klassifiziert wurde oder das Umweltziel „guter Zustand“ aufgrund nutzungsbedingter hydromorphologischer Veränderungen (z. B. Stauregulierung für Schifffahrt, Wasserkraftnutzung, Einfluss von Siedlungen oder Infrastruktureinrichtungen) nicht erreicht werden kann, und der Wasserkörper daher als „erheblich verändert“ (= „heavily modified“) eingestuft ist, ist als Ziel „das gute ökologische Potenzial“ anzustreben. Unter dem „ökologischen Potenzial“ versteht die EG-Wasserrahmenrichtlinie eine Lebensgemeinschaft mit ihren Habitatbedingungen, die sich unter den gegebenen Nutzungsbedingungen einstellen kann. Die Wiederzulassung der gewässertypischen hydromorphologischen Prozesse ist an solchen Gewässern nicht mehr möglich, da dies zu einer signifikanten Beeinträchtigung bestehender Nutzungen führen würde. Bild 9.1 verdeutlicht die Schritte zur Ermittlung der neuen Referenzsituation, dem „höchsten ökologischen Potenzial“. In der praktischen Umsetzung wird jedoch zunächst auf die Definition des „höchsten ökologischen Potenzials“ verzichtet und der Zielzustand „gutes ökologisches Potenzial“ unmittelbar, d.h. maßnahmenorientiert ermittelt. Das bedeutet, dass das „gute ökologische Potenzial“ den Zustand beschreibt, der sich unter den veränderten Lebensraumbedingungen, nach Umsetzung aller wirksamer Verbesserungsmaßnahmen, welche die Nutzung nicht beeinträchtigen, einstellt.

238

9  Flussgebietsmanagement, Fließgewässerentwicklung

Schritt 10.1: Auswahl der Qualitätskomponenten für das „höchste ökologische Potenzial“ (und das „gute ökologische Potenzial“) auf der Grundlage einer vergleichbaren Gewässerkategorie. Schritt 10.2: Festlegung hydromorphologischer Bedingungen für das „höchste ökologische Potenzial. Anwendung aller Maßnahmen zur ökologischen Schadensbegrenzung, die keine signifikanten negativen Auswirkungen auf die spezifizierte Nutzung oder die Umwelt im weiteren Sinne haben.

Schritt 10.3: Festlegung der chemisch-physikalischen Bedingungen für das „höchste ökologische Potenzial“ auf der Grundlage eines vergleichbaren Gewässertyps und der Ergebnisse aus Schritt 10.2.

Schritt 10.4: Festlegung der biologischen Bedingungen für das „höchste ökologische Potenzial“ auf der Grundlage eines vergleichbaren Gewässertyps und der Ergebnisse der Schritte 10.2 und 10.3. Bild 9.1.  Verfahrensschritte zur Definition des „höchsten ökologischen Potenzials“ (aus: Common Implementation Strategy – CIS GD HMWB)

Vor­aussetzung für die Umsetzung des Konzeptes einer stu­fenweisen Annäherung an das „gute ökologische Potenzial“ ist, dass bereits jetzt, und nach Umsetzung der einzelnen Maßnahmenschritte, jeweils ein Monitoring durchgeführt wird, auch wenn eine abschließende numerische Bewertung der Ergebnisse heute noch nicht möglich ist. Es herrscht Einverständnis darüber, dass die Bewertung des „ökologischen Potenzials“ in Anlehnung an die Bewertung des „ökologischen Zustands“ und mit der selben Probenahme-Methodik erfolgen soll. Auf diese Weise können auch ältere Be­pro­bungen nachträglich noch nach den neu entwickelten Verfahren bewertet werden. „Erheblich veränderte Wasserkörper“ Im Hinblick auf die Ausweisung von „erheblich veränderten Wasserkörpern“ (sog. „heavily modified water bodies“ – abgekürzt: „hmwb“) gemäß Art. 4 Abs. 3 EG-WRRL galt es ein Verfahren zu finden, das einerseits ausschließt, dass die Umweltziele der Wasserrahmenlinie auf Jahre ausgesetzt werden können, welches andererseits aber auch den mancherorts schwierigen Ausgangsbedingungen vor Ort gerecht wird (s. Kap. 2.1.1).

9.1  Flussgebietsmanagement

239

Um diesbezüglich eine Wertung abgegeben zu können, wurden umweltrele­ vante Aktivitäten („driving forces“) hinsichtlich der davon ausgehenden Belastungen („pressures“) und den daraus zu erwartenden Auswirkungen („impacts“) untersucht. Das vollständige Ablaufschema zur Ausweisung eines „erheblich veränderten Wasserkörpers“ ist in Bild 9.2 dargestellt. Die „vorläufige“ Einstufung als „erheblich veränderter Wasserkörper“ erfolgt nach dem in Bild 9.3 dargestellten Ablaufschema.

Bild 9.2  Ausweisung von „erheblich veränderten Wasserkörpern“ – Ablaufschema (aus: CIS GD HMWB)

9  Flussgebietsmanagement, Fließgewässerentwicklung

Relevante Umweltziele: Guter ökologischer Zustand - Art. 4 (1) EG-WRRL - oder weniger strenge Umweltziele - Art. 4 (5) EG-WRRL

Leitfaden für Wasserkörper

240

1. Ermittlung des Wasserkörpers - Art. 2 (10) EG-WRRL (iteratives Verfahren) 2. Handelt es sich um einen künstlichen Wasserkörper? - Art. 2 (8) EG-WRRL nein nein

ja

3. „Screening“: Liegen hydromorphologische Veränderungen vor? ja 4. Beschreibung bedeutender Veränderungen der Hydromorphologie - Anhang II Nr.1 (4) EG-WRRL

nein

5. Ist es wahrscheinlich, dass aufgrund von Veränderungen in der Hydromorphologie das Ziel „guter ökologischer Zustand“ verfehlt wird? - Anhang II Nr. 1 (5) EG-WRRL ja

6. Ist der Wasserkörper aufgrund physikalischer Veränderungen nein infolge von Eingriffen durch den Menschen in seinem Wesen erheblich verändert? - Art. 2 (9) EG-WRRL ja 7. Vorläufige Einstufung als erheblich veränderte Wasserkörper - Art. 5(1) EG-WRRL und Anhang II Nr. 1 (1) (i) EG-WRRL

8. Ausweisungsprüfung - Art. 4 (3) (b) EG-WRRL Bild 9.3  Arbeitsschritte bei der Analyse von umweltrelevanten Aktivitäten zur vorläufigen Einstufung als „erheblich veränderter Wasserkörper“ (aus: CIS GD HMWB)

9.1.3 Zustandsbewertung Im Hinblick auf die Zustandsbewertung wurden die bis zur Einführung der Wasserrahmenrichtlinie maßgebenden Parameter Gewässergüte (s. Kap. 5.1) und Fließgewässerstruktur (s. auch Kap. 5.2) durch eine „leitbildorientierte biologische Fließgewässerbewertung“ (s. Kap. 5.3) abgelöst (Frotscher-Hoof, 2007). Bewertungskomponenten Der „leitbildorientierten biologischen Fließgewässerbewertung“ liegen biologische, physikalisch-chemische Komponenten sowie hydromorphologische Parameter zu Grunde.

9.1  Flussgebietsmanagement

241

Biologische Qualitätskomponenten sind: • Fische • Makrozoobenthos • Makrophyten und Phytobenthos • Phytoplankton sowie in Unterstützung der biologischen Komponenten: • Physikalisch-chemische und • Hydromorphologische Parameter Zu den physikalisch-chemischen Komponenten für die Einstufung des ökolo­ gischen Zustands gehören: • Temperaturverhältnisse • Sauerstoffhaushalt • Salzgehalt • Versauerungszustand • Nährstoffverhältnisse • Verschmutzung durch prioritäre Stoffe, bei denen festgestellt wurde, dass diese in den Wasserkörper eingeleitet werden. • Verschmutzungen durch sonstige Stoffe, bei denen festgestellt wurde, dass diese in signifikanten Mengen in den Wasserkörper eingeleitet werden. Hydromorphologische Parameter sind (s. Anhang V EG-WRRL): • Wasserhaushalt • Abfluss und Abflussdynamik, Feststoffdynamik, hydromorphologische Prozesse • Verbindung zu den Grundwasserkörpern • Durchgängigkeit des Wasserkörpers • Morphologische Bedingungen – Tiefen- und Breitenvariation – Struktur und Substrat des Gewässerbetts – Struktur der Uferzone Von den Mitgliedsstaaten der Europäischen Union ist ein Bezugsnetz entwickelt worden, das raumbezogene typspezifische biologische Referenzbedingungen für jede Art von Oberflächengewässer bereitstellt. Dazu war eine ausreichende Anzahl von Stellen in „sehr gutem ökologischen Zustand“ zu benennen, um im Hinblick auf die Modellierungstechniken (s. Anhang II EG-WRRL) einen ausreichenden Grad an Zuverlässigkeit gewährleisten zu können. Das in Bild 9.4 dargestellte Ablaufschema gibt die wesentlichen Schritte der Zustandsbewertung wieder. Bewertungsverfahren Fachleute aus den Mitgliedsstaaten der Europäischen Union (EU) haben für jede der biologischen Qualitätskomponenten (Fische, Makrozoobenthos,

242

9  Flussgebietsmanagement, Fließgewässerentwicklung

Bild 9.4  Bewertung des ökologischen Zustands nach der EG-Wasserrahmen­richtlinie – Ablaufschema (nach: CIS GD REFCOND)

Makro­phyten und Phytobenthos sowie Phytoplankton) allgemein gültige Bewertungsverfahren entwickelt. Eine Übersicht der entsprechenden Verfahren enthält Tabelle 9.1. Aktuelle Informationen können im Internet mit Hilfe der Suchmaschinen, unter Eingabe des jeweiligen Synonyms bzw. des entsprechenden Begriffs, abgerufen werden. Es ist diesbezüglich mit Sicherheit noch mit Änderungen bzw. Anpassungen zu rechnen. Allen Verfahren gemeinsam ist der Vergleich mit den Referenzbedingungen des jeweiligen Gewässertyps. Artenzusammensetzung, Abundanz, Vielfalt, Störungsempfindlichkeit, Funktionalität, Habitatansprüche und (Alterszusammensetzung) werden unter Zuhilfenahme von unterschiedlichen Bewertungsformeln hinsichtlich ihrer Abweichung vom Referenzzustand dargestellt. Die Bewertung erfolgt nicht auf Basis eines einzelnen Wertes (z. B. dem Saprobienindex), sondern mittels einer multimetrischen Bewertung. Ergebnisse Die im Fristenplan (s. Tabelle 2.1) der EG-Wasserrahmenrichtlinie bis De­ zember 2004 vorgesehenen ersten flussgebietsweiten Bestands­aufnahmen („Zu­

243

9.1  Flussgebietsmanagement

Tabelle 9.1  Bewertung des ökologischen Zustands in Fließgewässern – Bewertungssysteme für ökologische Qualitätskomponenten Qualitäts­ komponente

Synonym des Projektes

Anmerkung

Fischfauna

FIBS

Verfahren zur Fließgewässerbewertung mit Fischen auf der Basis der Zusammensetzung der Arten, Abundanz, Vorkommen störempfindlicher Taxa und Altersstruktur der Biozönosen

Makrozoobenthos

AQEM – ASTERICS

Deutsches Bewertungssystem auf Grundlage des Makro­zoobenthos basierend auf der taxonomischen Zusammensetzung, Anteil störempfindlicher bzw. bis -unempfind­licher Taxa, Grad der Vielfalt.

Makrophyten und Phytobenthos

Phylib

Arbeitsanleitung für die biologische Qualitätskomponente Makrophyten und Phytobenthos auf der Basis der taxono­mischen Zusammensetzung und Abundanz.

Phytoplankton (nur relavant bei Ae­ > 1000 km²)

Verfahren basiert auf dem LAWA-Vorhaben „Entwick­lung eines Bewertungsverfahrens für Fließgewässer mittels Phy­toplankton zur Umsetzung der EU-Wasserrahmen­richtlinie“ des Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) in Berlin. Basiert auf der taxo­nomischen Zusammensetzung und der Abundanz.

stands­­­be­wertungen“) und die Einstufung in entsprechende Zustandsklassen sind mitt­ler­weile fristgerecht – zunächst unter Zuhilfenahme von Hilfsgrößen – abgeschlos­sen worden (Frotscher-Hoof, 2007). Die erstmalige vollständige Zustandsbewertung ist in Arbeit.

9.1.4 Bewirtschaftungspläne Die Bewirtschaftungspläne sind eine Rahmenplanung auf programmatischer Ebene. Sie sind bei allen nachfolgenden Planungen zu berücksichtigen, die einen Bezug zum Gewässer haben. In Nordrhein-Westfalen werden bei der Aufstellung der Bewirtschaftungspläne Land, Regionen, Landkreise und Kommunen auf der Ebene von Planungseinheiten mit einer durchschnittlichen Größe von 400 km2 beteiligt. Die Öffentlichkeit und auch regionale Interessengruppen (z. B. die sondergesetzlichen Wasserverbände, die Wasser- und Bodenverbände, die Landwirtschafts- und Gartenbauverbände, die Landwirtschaftskammer, die anerkannten Naturschutzverbände, Fischereiverbände und -genossenschaften und die

244

9  Flussgebietsmanagement, Fließgewässerentwicklung

Industrie- und Handelskammern) sind von Beginn an eingebunden und werden u.a. über die Ergebnisse der Strategischen Umweltprüfung – SUP (s. Kap. 2.7) informiert (Surburg, 2005; BMU, 2007a; Frotscher-Hoof, 2008). Die Bewirtschaftungspläne geben Auskunft über den Gewässerzustand, die Gewässernutzungen sowie die vorgesehenen Maßnahmen am Wasserkörper. Anhand von Leitlinien können bedeutsame Bewirtschaftungsfragen (z. B. die lan­desweite Reduzierung von Nährstoffeinträgen, die Wiederansiedlung von Langdistanzwanderfischen) in der nachfolgenden, regionalen Planungsebene verankert werden. Checklisten und methodische Hinweise (z. B. die Berücksichtigung der Ergebnisse aus den Untersuchungen zur Strahlwirkung – u.a. DRL, 2007) können dazu beitragen, die Planungen zu optimieren, ohne dem konkreten behördlichen Vollzug und der Ausführungsplanung den Gestaltungsfreiraum zu nehmen.

9.1.5 Maßnahmenprogramme, Maßnahmenplanung Die Maßnahmenprogramme enthalten die für jede Flussgebietseinheit zu treffenden Vorkehrungen, um die im Bewirtschaftungsplan festgelegten Umweltziele zu erreichen (Jedlitschka & Schmedje, 2007). Sie beinhalten eine weitere Konkretisierung des Bewirtschaftungsplans, während die darauf folgende Maßnahmenplanung der Umsetzung vor Ort dient. Im Hinblick auf den „Naturnahen Wasserbau“ ist insbesondere Art. 11 Abs. 3 (i) EG-WRRL von Bedeutung. Dort werden Maßnahmen erwähnt, die sicherstellen, dass die hydromorphologischen Beding­un­gen der Wasserkörper so beschaffen sind, dass der geforderte „gute Zustand“ bzw. bei „künstlichen“ oder „erheblich veränder­ten“ Gewässern, das „gute ökologische Potenzial“, erreicht werden kann. Die Bundesländer haben zur Erstellung der Maßnahmenprogramme sog. Maßnahmenkataloge erarbeitet. Diese umfassen die gewässerschonende Landbewirtschaftung, die Oberflächenwasserkörper sowie die Grundwasserkörper. Die Maßnahmen zur Verbesserung der Gewässerstruktur sind in den Maßnahmenkatalogen unter „Hydromorphologie“ zusammengefasst. Dabei lassen sich die Maßnahmen hinsichtlich ihrer ökologischen Wirkungen einordnen. Bild 9.5 zeigt die Belastungsbereiche, die Verursacher und die durch sie ausgelösten Defizite sowie die zum Abbau dieser Defizite zweckmäßigen Maßnahmen, zusammengefasst in Maßnahmengruppen. Die Maßnahmengruppen werden in den Maßnahmenkatalogen durch Einzelmaßnahmen untersetzt, wobei die ökologisch besonders wirksamen Maßnahmen zuerst genannt werden. So ist z. B. das Schaffen ökologisch verträglicher Verhältnisse bei Wasserentnahmen ökologisch bedeutsamer, als Habitatverbesserungen im Uferstreifen, denn ohne Wasser greifen alle anderen Maßnahmen nicht. Bei der Zusammenstellung der Maßnahmenprogramme, ist auf die Kosteneffizienz der Maßnahmen zu achten. Für jeden Wasserkörper werden die entsprechenden Maßnahmen in einem Maßnahmenblatt erfasst.

9.2  Fließgewässerentwicklungsplanung

245

Bild 9.5  Zusammenhang zwischen Belastungsbereichen und Maßnahmengruppen

9.2 Fließgewässerentwicklungsplanung Der in den früheren Auflagen dieses Buches verwendete Begriff Fließgewässerent­ wick­lungs­planung wird in der EG-Wasser­rahmenrichtlinie nicht verwendet. Ver­ deutlicht man sich jedoch die wesentlichen Inhalte der Gewässerentwicklungs­ planung, wird man unschwer erkennen, dass unter diesem Begriff viele Merk­male aus dem Komplex der „nichtstofflichen Parameter“ der Wasserrahmenrichtlinie zusammengefasst werden können. Die bislang auf unterschiedlichen hierarchischen Ebenen erarbeiteten Fließgewässerentwicklungsprogramme, -konzepte und -planungen, werden bei der Erarbeitung der Bewirtschaftungspläne und der darauf aufbauenden Maßnahmenprogramme mit Sicherheit wertvolle Hinweise geben.

9.2.1 Planungsebenen Die Fließgewässerentwicklung basiert auf den Vorgaben der Gewässerentwicklungsprogramme und umfasst die Ebenen Gewässerentwicklungskonzept und Gewässerentwicklungsplan (s. Bild 9.6). • Das Gewässerentwicklungsprogramm gibt die Zielsetzungen zur Gewässerentwicklung programmatisch auf Landesebene vor, so zum Beispiel im Fließgewässerschutzprogramm Niedersachsen oder im Landesentwicklungsprogramm Bayern. Auf dieser Ebene werden aller Voraussicht nach auch die Bewirt­schaftungspläne für die Flussgebietseinheiten (Art. 13 EG-WRRL) anzusiedeln sein.

246

9  Flussgebietsmanagement, Fließgewässerentwicklung

• Das Gewässerentwicklungskonzept soll auf der Ebene der wasserwirtschaftlichen Rahmenplanung bzw. der Regionalplanung das fachliche Konzept für die Entwicklung von Gewässerlandschaften aufzeigen. Dabei richtet sich die Maßstabsebene nach der Gewässergröße und den darzustellenden Zielen. Konzepte eignen sich insbesondere für die Entwicklung von Fließgewäs­ sern in Teileinzugsgebieten. In einzelnen Ländern werden solche Konzepte von Fachverwaltungen der Wasserwirtschaft oder auch von den Unterhaltungspflichtigen erarbeitet, nicht zuletzt auch als Grundlage für detaillierte Planungen. Zu den Gewässerentwicklungskonzepten zählen auch die Gewässerauenkonzepte (u. a. MUNLV NRW, 2002a; Städtler, 1997) und die Konzepte zur naturnahen Entwicklung von Fließgewässern (KnEFs) des Landes Nordrhein-Westfalen. Andere gebräuchliche Begriffe für Umgestaltungskonzepte an Fließgewässern sind: Auf zu neuen Ufern (Bundesministerium für Landund Forstwirtschaft, 1991), Neue Wege in der Gewässerpflege (BayLfW, 1995), Ökologisch begründete Sanierungskonzepte kleiner Fließgewässer (Braun et al., 1996), Ökologische Gesamtplanung (z. B. Henneberg & Schilling, 1998), Natur und Landschaftspflege an Wasserläufen (BfN, 1998a), Inte­grier­te Konzeption (Renschler, 2000), Renaturierung von Bächen, Flüssen und Strömen (BfN, 2001b) oder Aktion Blau (MUFV-RP, 2005b). • Der Gewässerentwicklungsplan wird im Allgemeinen vom Unterhaltungspflichtigen erarbeitet und stellt auf der unteren Planungsebene die Ziele des Gewässerentwicklungskonzeptes maßnahmenbezogen und flächenscharf dar. Hierzu gibt es unter den Begriffen Renaturierung, naturnaher Ausbau u. a. mittlerweile eine Vielzahl von ausgeführten Beispielen, so dass hier auf die Nennung spezieller Literatur verzichtet werden kann.

9.2.2 Planungsdaten Für die Umsetzung einer Maßnahme vor Ort können, neben den bei der Bestandsaufnahme ermittelten Parametern, die in Tabelle 9.2 dargestellten Planungsgrößen von Bedeutung sein. Dynamische Systembausteine Für Gewässerentwicklungsplanungen sind die dynamischen Systemkomponenten eines Fließgewässers, d. h. die Morphologie, der Feststoffhaushalt, das Abflussgeschehen, die Wasserqualität und die Arten- und Lebensgemein­schaften (Besiedlung) von zentraler Bedeutung (s. Bild 9.6). Die einzelnen Systemkomponenten umfassen: • Abflussgeschehen – die Abflussdynamik, also die jahreszeitliche Verteilung des Abflusses, das Abflussregime, die Abflussextreme (s. Kap. 6.4), die Wasserverhältnisse in der Aue und damit auch die Vernetzung von Wasser und Land sowie die Grundwasserdynamik (s. Kap. 4.1.1).

9.2  Fließgewässerentwicklungsplanung

Bild 9.6  Gewässerentwicklungsplanung und Umsetzung

247

248

9  Flussgebietsmanagement, Fließgewässerentwicklung

Tabelle 9.2  Datenauswahl zur Erhebung des Ist-Zustands von Fließgewässer und Aue Dynamische Ökosystembausteine Abflussgeschehen

• Gewässerkundliche Hauptwerte (Abflussregime), Niedrig-

bis Hochwasser, Dauer, Häufigkeit und Verteilung im Jahresgang • Bettbildender Abfluss, bordvoller Abfluss, Ausuferung • Fließgeschwindigkeiten, Strömungsmuster • Überschwemmungen, Überflutung bis Überstau, Überschwemmungsgrenzen, Grundwasserverhältnisse • Grundwasserschwankungen in der Aue Feststoffhaushalt

• Feststofftransport, Feststoffbilanz (Geschiebezubringer,

Kornverteilungen, Sedimentation, Erosion, Verfrachtung)

Morphologie

• Gewässerbett (Laufgestalt, Längs- und Querprofil, Sohlenprofil und Interstitial, auch Gewässerstruktur)

• Ausbau- und Unterhaltungszustand (auch Deiche, Dämme) • Auenrelief, Standorte bzw. Lebensräume (auch Böden, Altgewässer, Strukturen usw.)

Wasserqualität

• Saprobie, Trophie • Physikalische und chemische Verhältnisse (z. B. Toxizität, Versauerung)

Arten- und Lebensgemeinschaften

• Fischregion, Fischarten • Längszonale Fließgewässerregionen, ökofunktionale

Gruppen des Makrozoobenthos (z. B. Ernährungstypen, Strömungs­typen) • Fließ- und Stillwasservegetation, Ufer- und Auenvegetation • Ufer- und Auenfauna • Ausgewählte Tierarten (-gruppen), Leitorganismen Nutzungen

• Infrastrukturen (z. B. Verkehrs- und Energietrassen, Bebauung, Industrie, Hochwasserschutzbauten)

• Land- und Forstwirtschaft, einschl. Teichwirtschaft • Wasserkraftnutzung • Schifffahrt • Freizeit und Erholung • Rohstoffgewinnung Rechtlicher Rahmen

• Eigentumsverhältnisse • Bewilligungen und Erlaubnisse • Fischereirechte • Schutzgebiete und Schutzgebietsauflagen • Verbindliche Planungen und Programme • Zuständigkeiten für Ausbau- und Unterhaltung • Denkmalschutz

9.2  Fließgewässerentwicklungsplanung

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• Feststoffhaushalt – den an das Abflussgeschehen gebundenen Feststofftransport (s. Kap. 8), oder anders ausgedrückt, das Wechselspiel von Erosion und Sedimentation. • Morphologie – das Fluss- und Auenrelief, das in Abhängigkeit vom Abflussgeschehen und Feststoffhaushalt stetig mehr oder weniger starken Veränderungen unterworfen ist (s. Kap. 3). • Wasserqualität bzw. Gewässergüte – das Ergebnis von Stoffeinträgen, Energieflüssen und Stoffkreisläufen (s. Kap. 5). • Lebensgemeinschaften bzw. Besiedlungsdynamik – die Zusammensetzung nach Arten und Lebensgemeinschaften, zum Beispiel nach Ernährungstypen und/oder Fischregionen, sowie die Vernetzung der Lebensgemeinschaften und nicht zuletzt auch die so genannte ökologische Durchgängigkeit (s. Kap. 4.1.4). Arbeitsschritte Diese dynamischen Systemkomponenten dienen der Nachvollziehbarkeit der ökologischen Funktionsfähigkeit des jeweiligen Fließgewässerökosystems und müssen entsprechend Bild 9.6 bei jedem Arbeitsschritt zur Gewässerentwicklungsplanung Berücksichtigung finden. Zu diesen Arbeitsschritten gehören: • Erarbeitung einer Gebietsübersicht • Zuordnung zum entsprechenden Leitbild der Gewässertypologie der Länderarbeitsgemeinschaft Wasser (siehe u. a. ATV-DVWK, 2003a und 2003b; LUA NRW 1999, 2001b, 2001c, 2003a und 2003b). • Erhebung der Ist-Situation • Bewertung des Ist-Zustandes mit Hilfe des Leitbildes • Aufzeigen von Defiziten • Erfassen der „nicht veränderbaren“ Restriktionen, um aus den Defiziten und Restriktionen die umsetzbaren Entwicklungsziele für bestimmte Zeitabschnitte ableiten und in der Folge die konkreten Maßnahmen planen zu können. Ausarbeitung einer Gebietsübersicht

Der erste Schritt für die Planung einer Entwicklungsmaßnahme an einem Fließgewässer ist die Erarbeitung bzw. Zusammenstellung einer Gebietsübersicht. Hier­zu sind zunächst eine naturräumliche Groborientierung zu dem Fließgewässer mit seinem Einzugsgebiet im Sinne von DVWK (1996e) sowie die Sichtung vorhandener Daten sehr hilfreich. Von besonderer Bedeutung sind in diesem Zusammenhang auch die Arbeiten zur Ausweisung und Charakterisierung von Fließgewässerlandschaften in Deutschland (s. Kap. 3.5.3). Ergänzende, landeseigene Arbeiten enthalten weitere Details (s. ATV-DVWK, 2003b). Auf dieser Basis kann der Untersuchungsrahmen bereits weitgehend festgelegt werden.

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9  Flussgebietsmanagement, Fließgewässerentwicklung

Zu den weiterhin ggf. erforderlichen Daten zählen u. a. • Klima, wie zum Beispiel Niederschlag, Lufttemperatur, auch phänologische Daten (z. B. jahreszeitlich bedingte Entwicklungen von Pflanzen, wie Zeitpunkt der Blüte). • Topographie, also Ort- und Lagebeschreibungen. • Relief (Struktur), Geomorphologie (Formen der Erdoberfläche mit den sie gestaltenden Kräften) und Geologie. • Boden, vor allem Bodenarten. • Informationen zu stehenden Gewässer (z. B. Seen) und künstlichen Gewässern (z. B. Entwässerungsgräben, Kanäle) im Planungsraum und u. U. auch Grundwasserverhältnisse. • Vegetation, natürliche und heutige Vegetationsformen (s. u. a. BfN, 1995, 2002b und 2003b). • Rote Listen geschützter Tiere und Pflanzen (BfN, 1998d und 2000a). • Landnutzung, z. B. Land- und Forstwirtschaft, Besiedlung, Industrie, Infra­ strukturen. • historische Informationen, wie z. B. alte Karten oder alte Berichte über Nutzungen (z. B. Fischfang). Diese Daten können vielfältigen Quellen entnommen werden, wie z. B.: • Topographischen, geologischen, bodenkundlichen und historischen Karten. • Programmen zur Landes- und Regionalentwicklung (auch zum Beispiel Ziele von Umwelt-, Arten- und Biotopschutzprogrammen). • Veröffentlichungen des Wetterdienstes und der Wasserwirtschaft (z. B. Klimaatlas, gewässerkundliche Jahrbücher, Gewässergütekarten usw.). • Wissenschaftlichen Gutachten, gebiets- und fachspezifischer Literatur. Die Ergebnisse der in den letzten Jahren in vielen Bundesländern durchgeführten Arbeiten zur Fließgewässerstrukturkartierung (s. Kap. 5.2) sind heute ein wichtiges Hilfsmittel, um Defizite aufzudecken und Umgestaltungsbedarf nachzuweisen. Leitbild, Fließgewässertypologie, Referenzgewässer

Im Zusammenhang mit Planungen von Fließgewässerrenaturierungen taucht häufig der Begriff „Leitbild“ auf (DVWK, 1996b). Einige Zeit wurde heftig dar­über diskutiert, was darunter zu verstehen ist. Die Frage war: Soll das Leitbild die Entwicklung eines Fließgewässers beschreiben, als hätte es anthropogene Einflüsse nie gegeben, oder wird es seinen Aufgaben eher gerecht, wenn es den Zustand beschreibt, der sich auf der Basis des heutigen Naturpotenzials ohne anthropogene Einflussnahme einstellen würde? Als Ergebnis der Diskussion kristallisierte sich das Leitbild heraus, das ausschließlich den potenziell natürlichen Zustand eines Fließgewässers mit seinen Auen unter den heutigen Bedingungen zum Inhalt hat, d. h. denjenigen Zustand, der sich im Laufe der Zeit einstellen würde, wenn die vorhandenen Nut-

9.2  Fließgewässerentwicklungsplanung

251

zungen aufgegeben, Sohlen- und Ufersicherungen zurückgebaut, künstliche Regelungen des Wasserhaushaltes aufgehoben sowie Grundwasserabsenkungen in den Auen rückgängig gemacht würden und die Gewässerunterhaltung eingestellt werden würde. Das Leitbild entspricht dem Ziel „gutes ökologisches Potenzial“ der EG-Wasserrahmenrichtlinie. Bei der Formulierung des Leitbildes stehen dynamische Prozesse hinsichtlich des Abflussgeschehens, des Feststoffhaushaltes, der morphologischen Gewässerbettgestaltung einschließlich der Auenausbildung, des Stoffhaushaltes und der Wasserqualität sowie der Entwicklung der Arten bzw. der Lebensgemeinschaften im Mittelpunkt, also die dynamischen Systembausteine (s. Bild 9.6), welche die gesamte Gewässerentwicklungsplanung bis hin zur Umsetzung und Unterhaltung bestimmen. Das Leitbild ist damit eine von gesellschaftspolitischen Vorgaben unabhängige Messlatte für die Bewertung des momentanen Fließgewässerzu­standes. Ein Leitbild, das ohne Wenn und Aber die Idealvorstellungen beinhaltet, behält auch bei sich wandelnden planerischen Randbedingungen (Restriktionen) Gültigkeit. Somit ist das Leitbild auch bei längerfristigen Vorhaben, bei denen sich möglicherweise im Laufe der Zeit durch veränderte Rahmenbedingungen eine Aktualisierung der Planung als unumgänglich erweisen wird, eine stets brauchbare Orientierungshilfe (Sommerhäuser & Klausmeier, 1999). Die abstrakte Formulierung eines Leitbildes ist für den Gebrauch in der Praxis wenig praktikabel. Aus einer Übersicht der Gewässerlandschaften und einer da­r­auf aufbauenden Typologie der Fließgewässer (s. LfU-Baden-Württemberg, 1999; ATV-DVWK, 2003a und 2003b) wurden Leitbilder (LfU NRW, 1999) entwickelt. Diese wurden wiederum als Grundlage für die Ausweisung von Re­ ferenzgewässern herangezogen (u. a. LfU NRW, 2001b; LfU NRW, 2001c; LfU NRW, 2001d; LfU NRW, 2003b). Entwicklungsziele

Die Entwicklungsziele definieren die unter den gegebenen sozio-ökonomischen Bedingungen aus gewässerökologischer Sicht möglichst naturnahen und realisierbaren Möglichkeiten für Einzugsgebiet, Aue und Fließgewässer. Somit stellen sie die realistischen Sanierungsziele dar, in denen die gesellschaftspolitischen Randbedingungen der verantwortlichen Interessensträger und Nutzer nach einem Abwägungsprozess, einschließlich der Kosten-Nutzen-Betrachtungen, Eingang gefunden haben. Die Entwicklungsziele beinhalten kurz-, mittel- bis langfristig erreichbare Komponenten. Wenn sich Rahmenbedingungen ändern, sind die Entwicklungsziele dem Leitbild entsprechend fortzuschreiben. Aus den Entwicklungszielen werden schließlich die Maßnahmen entwickelt (s. Kap. 10), wobei dem Flächenbedarf bzw. dem Grunderwerb sowie der Akzeptanz der Betroffenen in aller Regel eine Schlüsselrolle zukommt. Vielfach werden diese konzeptionellen Maßnahmen in Text- und Planform, d. h. in einem Gewässerentwicklungsplan einschließlich des Flächenbedarfes festgelegt. Die konkrete Planung erfolgt in der Umsetzungsphase.

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9  Flussgebietsmanagement, Fließgewässerentwicklung

Bedeutsamer für den Praktiker sind aber die entsprechenden Ausführungen im Wasserhaushaltsgesetz. Sie sind dort im fünften Teil, „Wasserwirtschaftliche Planung; Wasserbuch; Informationsbeschaffung und -übermittlung“ zu finden. Ausbau- und Unterhaltungsmaßnahmen, Überschwemmungsgebiete

Ausbau und Unterhaltung sind ein weiterer Schwerpunkt der Fließgewässerentwicklung. Darunter fällt auch die Ausweisung von Überschwemmungsgebieten und deren Einbindung in die Fluss- und Auenlandschaft (u. a. Jürging & Patt, 2005). Das Wasserhaushaltsgesetz (WHG) und das Bundesnaturschutzgesetz (BNatSchG) enthalten eine Reihe von Anforderungen an die Planung von Maßnahmen an Fließ­gewässern, die naturnahe Unterhaltungs- und Ausbaumethoden erforderlich machen. So sind z. B. bei der Unterhaltung den Belangen des Naturhaus­haltes Rechnung zu tragen sowie Bild und Erholungswert der Landschaft zu berücksichtigen. Ebenso sind aber auch der ordnungsgemäße Abfluss zu erhalten und die Schiffbarkeit bei schiffbaren Gewässern (§ 28 Abs. 1 WHG). Wichtig für die naturraumtypische Entwicklung von Gewässern ist auch die Möglichkeit, den Umfang der Unterhaltung von Gewässer und Ufer zu erweitern (z. B. ordnungsgemäße Bewirtschaftung der Uferbereiche – Uferstreifen). Wichtige Vorgaben für den Bereich des Ausbaus sind der Schutz natürlicher und naturnaher Gewässerstrecken und die Rückführung ausgebauter Fließgewässer in einen naturnahen Zustand (§ 31 Abs. 1 WHG). Beim Ausbau sind natürliche Rück­­­halteflächen zu erhalten, das natürliche Abflussverhalten nicht wesentlich zu verändern und sonstige erhebliche nachteilige Veränderungen des natürlichen oder naturnahen Zustands zu vermeiden oder auszugleichen. Auch der Hinweis, dass ein Ausbau zu untersagen ist, wenn der Hochwasserschutz beeinträchtigt wird, deckt sich mit den Zielen einer naturnahen Fließgewässerentwicklung (§ 31 Abs. 5 WHG). Bedeutsam sind in diesem Zusammenhang auch die Regelungen zu den Über­schwemmungsgebieten in § 31b WHG. Soweit es • zum Erhalt und zur Verbesserung der ökologischen Strukturen der Gewässer und ihrer Überschwemmungsflächen, • zur Verhinderung erosionsfördernder Eingriffe, • zum Erhalt oder zur Rückgewinnung natürlicher Rückhalteflächen oder • zur Regelung des Hochwasserabflusses notwendig ist, können die Länder entsprechende Vorschriften erlassen. Dies ist eine sehr weitgehende Regelung, die nur durch den Halbsatz, „ ... wenn überwiegende Gründe des Wohls der Allgemeinheit nicht entgegenstehen“ in ihren Auswirkungen abgemildert wird (§ 31b Abs. 6). Umsetzung Die für ein Fließgewässer oder einen Teilabschnitt festgesetzten Entwicklungsziele bzw. die in den entsprechenden Plänen konzeptionell aufgeführten Maß-

9.2  Fließgewässerentwicklungsplanung

253

nahmen, lassen sich oftmals im Rahmen der Gewässerunterhaltung umsetzen. Würden diese Maßnahmen zu einer nachhaltigen Veränderung der Gewässerlandschaft führen, so überschreitet dies den Umfang der Unterhaltung (s. Kap. 2.4.3). In solchen Fällen sind die vorgegebenen Ziele und die zu ihrer Umsetzung erforderlichen Maßnahmen als Gewässerausbau (auch wenn er ökologisch orientiert ist) zu planen und die dazu vorgeschriebenen Rechtsverfahren (Planfeststellung bzw. Plangenehmigung) einzuleiten. Im Falle eines Gewässerausbaues erfolgt in den öffentlich-rechtlichen Verfahren (z. B. Planfeststellung – s. Kap. 2.9) ein gesellschaftlicher Abwägungsprozess, d.h. die Beteiligten (z. B. Grundeigentümer, Anlieger, Nutzungsberechtigte) und öffentlich-rechtlich anerkannte Gruppen (z. B. Naturschutzverbände und auch Sport- und Freizeitverbände) haben Einwendungs- und Vorbehaltsrechte. Voraussetzung für eine erfolgreiche Umsetzung der einzelnen Maßnahmen ist, neben der Flächenbereitstellung, die Akzeptanz der Öffentlichkeit. Sind diese Voraussetzungen für die Umsetzung der Ziele und der konzeptionellen Maßnahmen geschaffen (z. B. durch Grunderwerb oder vertragliche Absprachen), können konkrete Maß­nahmen geplant und verwirklicht werden. Dabei kann durchaus eine pragmatische Vorgehensweise sinnvoll sein, die solche Maßnahmen bevorzugt, die unmittelbar und problemlos umsetzbar sind und somit rasch realisiert werden können. Grunderwerb, Vertragliche Absprachen

Die Renaturierung bzw. Revitalisierung naturferner Fließgewässer mit ihren Auen kann nur dann sinnvoll sein, wenn die Maßnahmen auf Dauer angelegt werden. Deshalb müssen bei der Umsetzung der Ankauf oder der Flächentausch im Vordergrund stehen. Dies ist allein schon deshalb notwendig, um der gewünschten eigendynamischen Verlagerung des Gewässerverlaufes und/oder einer möglichen Vernässung der Auen in Ruhe entgegen sehen zu können. Oftmals sind Grundeigentümer an einem Verkauf von Flächen am Gewässer oder in der Aue aus rein steuerlichen Gründen nicht interessiert, scheuen den mit dem Eigentümerwechsel verbundenen Aufwand oder wollen sich die Eigentumsrechte bewahren. In diesen Fällen erscheint die Zahlung einer Verkehrswertentschädigung bei gegenseitigem Einverständnis sinnvoll. Die Fläche verbleibt dabei im Grundeigentum des Betroffenen, aber die Verwirklichung und der Bestand von Maßnahmen wird durch eine Grunddienstbarkeit im Grundbuch dinglich gesichert. Zeitlich befristete Maßnahmen, wie zum Beispiel Beiträge zur Extensivierung der Auen (u. a. befristete Stillegungen, Bewirtschaftungsverträge) oder auch Pacht, sind nur dann in Betracht zu ziehen, wenn dadurch Maßnahmen sofort realisierbar werden und die Flächen in nicht allzu ferner Zukunft mit einer hohen Wahrscheinlichkeit gekauft (am besten Vorkaufsrecht) oder eingetauscht werden können. Eine spätere Wiederbewirtschaftung nach Ablauf der Be­wirt­schaft­ungs­be­ schränkungen gilt nicht als Eingriff in Natur- und Landschaft (§18 BNatSchG – siehe auch Kap. 2.10.2), sofern die land-, forst- oder fisch­ereiwirtschaftliche

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9  Flussgebietsmanagement, Fließgewässerentwicklung

Bodennutzung innerhalb einer von den Ländern festzusetzenden Frist wieder aufgenommen wird (§ 18 Abs. 3 BNatSchG). Zunächst besteht also für den Grundstückeigentümer nicht die Gefahr einer Unterschutzstellung gemäß § 22 BNatSchG. Beteiligung der Öffentlichkeit

Für Maßnahmen im Hinblick auf eine naturnahe Entwicklung bzw. Gestaltung von Fließgewässern muss eine Akzeptanz in der Bevölkerung gefunden werden. In vielen Fällen hat sich gezeigt, dass eine behördeninterne Planung bei den Betroffenen vor Ort nicht durchsetzbar ist. Daher ist es sinnvoll, die Öffentlichkeit rechtzeitig in den Planungsprozess einzubeziehen und von den Vorteilen der angestrebten Entwicklung zu überzeugen. Durch eine gute Information aller Beteiligten können die Zeiträume bis zur Umsetzung erheblich verkürzt werden. Die Information und Beteiligung der Öffentlichkeit wird in Art. 14 EGWRRL geregelt. Die Aufstellung, Überprüfung und Aktualisierung der Bewirtschaftungspläne soll von einer möglichst breiten Öffentlichkeit begleitet werden. Auch ist der Zugang zu Hintergrunddokumenten und -informationen zu gewähren, welche für die Entscheidungsfindung der Behörde relevant sind. Wichtige Einrichtungen im Rahmen der Öffentlichkeitsbeteiligung sind die Bachpatenschaften und die Gewässernachbarschaften. Akzeptanzförderung

Soll sich die Öffentlichkeit mit den Zielen einer naturnahen Gewässergestaltung iden­­tifizieren, müssen die Grundlagen und Zusammenhänge vermittelt werden. Es ist Aufgabe des planenden Teams, die Besonderheiten des Planungsgebietes und der dort lebenden Menschen aufzuspüren und in alle Planungsprozesse zu integrieren. Dazu gehört die Berücksichtigung der sozio-ökono­mischen Verhältnisse der in vielen Fällen betroffenen landwirtschaftlichen Betriebe ebenso wie das Freizeit- und Erholungsbedürfnis der Bevölkerung (Luz, 1993). Eine Planung findet oft dann keine Akzeptanz, wenn versucht wird, die Bevölkerung aus reizvollen Landschaften auszusperren. Nicht nur aus rechtlichen Überlegungen ist es deshalb sinnvoll, das Freizeit- und Erholungsbedürfnis des Menschen in die Planungsüberlegungen einzubeziehen. Dies ist um so wichtiger, je größer der Erholungsdruck ist (DWA, 2007a). Es ist meist nicht möglich, alle Nutzungsinteressen gleichzeitig zufrieden zu stellen. Ein weitgehender gesellschaftlicher Konsens ist jedoch für die Umsetzung der Entwicklungsziele unbedingt erforderlich. Wo dies ökologisch verträglich ist, können z. B. Rad- und Wanderwege, Badestellen, Liegewiesen und Parkplätze Bestandteile von Entwicklungszielen sein. Dabei spielen Maßnahmen zur Lenkung der Nutzer eine große Rolle. Mit ihrer Hilfe lassen sich belastbare Räume erschließen, während ökologisch wertvolle Bereiche geschützt werden (BfN, 1998a; DWA, 2007a).

9.2  Fließgewässerentwicklungsplanung

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Anerkannte Möglichkeiten des Planungs- und Umsetzungsmanagements sind Bürgerbeteiligungen, die auch mit den Stichworten „Runder Tisch“ oder „Offene Planung“ umschrieben werden. Diese sind auch für die Entwicklung und Gestaltung von Gewässern im naturnahen Wasserbau sinnvoll und vorteilhaft einzusetzen (DVWK, 1996a). Durch entsprechende Informationen muss für die Zusammenhänge in der Natur Verständnis geweckt werden (Mach, 2006). Allgemeine, zeitlich unbefristete Verbote werden von Erholungssuchenden oft nicht beachtet. Die konkrete Aufklärung durch Tafeln und zusätzliche mündliche Hinweise und Erläuterungen durch Behördenvertreter, Fischer, Natur- und Vogelschützer u. a. können hierbei sehr hilfreich sein. Informationsbroschüren Die gesellschafts- und umweltpolitische Bedeutung von Gewässerumge­stal­ tungen ist auch an der Öffentlichkeitsarbeit der jeweiligen Vorhabensträger erkennbar. Vom Herausgeber der Information (z. B. Wasserwirtschafts-, Land­ wirtschafts-, Naturschutzverbände, Oberste Landesbehörden, Kommunen usw.) werden häufig unterschiedliche Schwerpunkte bei der Darstellung der Ergebnisse gewählt. Die verwendete Fachsprache, die Interpretation der Resultate und die darauf basierenden Schlussfolgerungen müssen so verständlich abgefasst sein, dass sie auch in Schulen und Verbänden sowie bei Um­ weltveranstaltungen und sonstigen Anlässen verteilt werden können. Bachpatenschaften Im Rahmen der Förderung von Vorhaben auf dem Gebiet des Gewässerschutzes sollen ins­besondere die Einrichtung sowie finanzielle und logistische Unterstützung von Bachpa­tenschaften, d. h. die aktive Einbeziehung der Bevölkerung in den Gewässerschutz, erwähnt werden (u. a. MUFV, 2007a und 2007b). Durch Bachpatenschaften sollen die für die Gestaltung und den Zustand der Gewässer verantwortlichen Stellen (Unterhaltspflichtige) bei ihrer Arbeit unterstützt werden sowie Umweltbewusstsein und Mitverantwortung der Bevölkerung am Zustand unserer Fließgewässer gefördert werden. Engagierte Bürger, Vereine, Schulklassen u. a. (Bachpaten) tragen mit ihren Beobachtungen, ihrer Präsenz vor Ort und ihrer praktischen Arbeit im Biotop- und Artenschutz zum verstärkten Schutz der Gewässer und ihres Umfeldes bei. Unterhaltspflichtige sollten die Chance nutzen, den überschaubaren Kreis Interessierter jedweden Alters fachlich so weit zu schulen, dass Bachpaten als kompetente Partner der Gewässerunterhaltung, verbunden mit dem Blick für ökologische Details, ihre gesellschaftliche Rolle ausfüllen können. Eine enge und vertrauensvolle Zusammenarbeit zwischen Unterhaltspflichtigen und Bachpatenschaften bietet eine gute Gewähr dafür, dass neue Erkenntnisse zu ökologisch ausgerichteten Maßnahmen an Gewässern ohne großen Zeitverlust in eine Multiplikatoren-Gruppe eingebracht und von ihr verbreitet werden können. Durch die Eingabe des Begriffs „Bachpatenschaften“ in eine InternetSuchma­schine ist schnell zu erkennen, dass es heute an vielen Gewässern Bachpatenschaften gibt.

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9  Flussgebietsmanagement, Fließgewässerentwicklung

Gewässernachbarschaften Die Interessen der Gewässernachbarschaften umfassen den gesamten Verlauf eines Gewässers. Bei den Veranstaltungen treffen sich Mitarbeiter der zuständigen Behörden, Gemeindevertreter und Unterhaltungspflichtige zum Erfahrungsaustausch. Bei diesen Treffen wird ein über den eigenen Zuständigkeitsbereich hinausgehender Erfahrungsaustausch zu jeweils aktuellen Fragestellungen gefördert (WBV, 1996, 1999 und 2006; Reich, 2002; ATV-DVWK, 2002a; Städtler, 2002). Gewässernachbarschaften dienen der internen Fortbildung und werden an wechselnden Orten zu unterschiedlichen Themenschwerpunkten durchgeführt. Sie sind meist einem aktuellen, eng umrissenen, Themenschwerpunkt gewidmet. Die Themen werden in Form von Fachvorträgen vorgestellt. Daneben wird großer Wert auf Besichtigungen gelegt.

9.2.3 Ausbildung, Fortbildung, Weiterbildung Für die Umsetzung von Ausbau- und Unterhaltungsmaßnahmen werden entsprechend ausgebildete Facharbeiter, Meister und Ingenieure benötigt. Auf der Grundlage der neuen gesetzlichen Regelungen (EG-Wasserrahmenrichtlinie, Wasserhaushaltsgesetz) wurde zum 01. August 2004 der Ausbildungsberuf des Wasserbauers/der Wasserbauerin neu geordnet und zum 01. November 2007 die Fortbildung zum Wasserbaumeister/zur Wasserbaumeisterin. Darüber hinaus wird auch die Ausbildung der Wasserbauingenieure an den Universitäten und Fachhochschulen den veränderten Anforderungen angepasst. Facharbeiter – Ausbildung zum Wasserbauer/zur Wasserbauerin Wasserbauer/Wasserbauerinnen werden ausgebildet und eingesetzt bei Dienststellen der Wasser- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes, bei vergleichbaren Dienststellen der Länder, Wasserbaufirmen, Wasserverbänden, Talsperrenverbänden, Deichverbänden und zur Gewässerunterhaltung Verpflichteten auf Landes- und kommunaler Ebene (BIBB, 2006). Einsatzbereiche sind Planung und Bau sowie Betrieb und Unterhaltung • schiffbarer Gewässer, • nicht schiffbarer Gewässer, • im Rahmen des Insel- und Küstenschutzes, • an Talsperren, Speichern und Rückhaltebecken, • im Hochwasserschutz und in der • Eisabwehr. Ausbildungsschwerpunkte sind, neben rechtlichen (u. a. Wasser-, Naturschutz-, Arbeitsrecht) und organisatorischen Inhalten (Aufbau der Verwaltung, Verwal­ tungsverfahren, Verkehrssicherung), Ausbau- und Unterhaltungsarbeiten. Neu ist die Vermittlung ökologischer Inhalte bei Arbeiten an Fließgewässern.

9.3  Staatliche Fördermaßnahmen und Programme

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Die Ausbildung dauert drei Jahre und erfordert einen Hauptschul- oder einen Realschulabschluss. Meister – Fortbildung zum Wasserbaumeister/zur Wasserbaumeisterin Aufbauend auf den Ausbildungsberuf des „Wasserbauers/der Wasserbauerin“ wurde ein Neuordnungsverfahren zum „Geprüften Wasserbaumeister“ bzw. zur „Geprüften Wasserbaumeisterin“ notwendig. Bei der Prüfung handelt es sich um eine berufliche Fortbildungsprü­fung bzw. um eine handlungsorientierte Weiterbildungsprüfung. Die Meisterprüfung umfasst und gliedert sich in drei Prüfungsteile: • Grundlegende Qualifikationen, • Handlungsspezifische Qualifikationen und • Berufs- und arbeitspädagogische Qualifikationen. Das Fortbildungskonzept sieht vor, die neuen Inhalte in etwa 1.300 Stunden in 35 Wochen innerhalb eines Zeitraumes von 2,5 Jahren zu vermitteln. Mit einem Abitur, einem Zeugnis der Fachhochschulreife oder einer als gleichwertig anerkannten Vorbildung kann man sich gleichzeitig für ein Studium des Bauingenieurwesens bewerben (sog. „Duale Ausbildung“). Es folgen im Wechsel Zeiten des Studiums und der gewerblichen Berufsausbildung. Die Absolventen qualifizieren sich gleichzeitig in zwei Bildungsgängen und erlangen so innerhalb kurzer Zeit zwei vollwertige Abschlüsse.

9.3 Staatliche Fördermaßnahmen und Programme Bund und Länder unterstützen Maßnahmen der naturnahen Entwicklung der Fließ­­­gewässer und Auen durch Förderprogramme. Die Zielsetzungen beschränken sich nicht nur auf Gewässer und Auen, sondern auch auf andere Schutz- und Entwicklungsziele (z. B. Biotopvernetzung). Die Finanzierung von Maßnahmen zur naturnahen Entwicklung von Fließge­wässern ist einer der wichtigsten Punkte bei der Realisierung. Zu unterscheiden sind verschiedene Strategien, von der Eigenfinanzierung durch den zuständigen Unterhaltungspflichtigen, die Durchführung der Maßnahme als reine Unter­haltungs­maßnahme bis hin zur teilweisen Finanzierung über Förderprogramme des Bundes und der Länder. Von besonderer Bedeutung ist hier auch die Kofinanzierung der Projekte über die Programme der Europäischen Union (EU). Die finanzielle Ausstattung der Programme und die Bedingungen ändern sich ständig und können deshalb hier nicht weiter vertieft werden. An ausschließlich gewässerbezogenen Programmen sind z. B. Ge­wässerauenund Uferrandstreifenprogramme zu nennen. Daneben gibt es wei­tere Programme, die einer naturnahen Gestaltung der Fließgewässer ent­gegen­kommen. So können z. B. Kulturlandschafts- oder Ver­trags­natur­schutz­programme zumindest eine auen- und gewässerverträgliche Nutzung fördern (BfN, 2005a).

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9  Flussgebietsmanagement, Fließgewässerentwicklung

Dasselbe kann für Landbewirtschaftungs-, Extensivierungs- oder Programme, die besondere Bewirtschaftungsformen fördern, gelten (u. a. Schumacher & Klingenstein, 2002; Hachtel et al., 2003; BfN, 2005b). Arten- und Biotopschutzprogramme sind keine (finanziellen) Förder­pro­ gram­me zur Fließgewässerentwicklung, da sie nur naturschutzfachliche Ziel­ setzungen aufzeigen. Da jedoch die Ergebnisse derartiger Programme (z. B. extensiv genutzte Kulturlandschaften, Flächenstilllegungen) die Spielräume für eigendynamische Entwicklungen vergrößern, sind diese auch für die Fließgewässerentwicklung von Bedeutung (u. a. Poschlod & Schumacher, 1998). Die Höhe der Förderung hängt von verschiedenen Voraussetzungen ab. So fällt z. B. die Förderung in aller Regel umso höher aus je höher der ökologische Wert ist und je mehr die Bewirtschaftung der Flächen durch die Programme reglementiert wird (u. a. Schumacher, 2000). Dies betrifft u. a. das Verbot von Grünlandumbruch, das Einhalten eines bestimmten Viehbestandes, den Einsatz von mineralischem Dünger und Pflanzenschutzmitteln, die Beachtung verschiedener Schnittzeitauflagen oder Erschwerniszulagen bei aufwendigerer Unterhaltung. Ein weiterer wichtiger Punkt ist die Dauer der vereinbarten Nutzungsbeschränkungen, die vertraglich mit den Besitzern, sonstigen Eigentümern oder Nutzungsberechtigten abgeschlossen wird. Längerfristige Verträge sind anzustreben, denn nur dann ist eine entsprechende Entwicklung möglich. Es muss bedacht werden, was nach Vertragsablauf mit den Flächen geschieht. Eine vorherige Ab­stimmung und präzise vertragliche Vereinbarung trägt sehr dazu bei, dass spätere Streitigkeiten vermieden werden. Grundsätzlich ist der Erwerb allen zeitlich be­fristeten Maßnahmen und Bewirtschaftungsauflagen vorzuziehen. Hier spielen jedoch nicht nur die Kosten für den Grunderwerb eine Rolle, sondern auch die dann oftmals anfallenden Unterhaltungskosten.

Kapitel 10

Naturnahe Gestaltung

Eines der wichtigsten Ziele des naturnahen Wasserbaus ist es, einem Fließgewäs­ ser ausreichend Raum zu überlassen, so dass es sich durch Eigendynamik frei entwickeln kann. Lassen die bestehenden Randbedingungen eine freie Entfaltung nicht zu, muss der Mensch lenkend eingreifen. Der naturnahe Wasserbau be­dient sich dabei der eigendynamischen Entwicklung oder solcher Bauweisen und Ma­terialien, wie sie an der Stelle im Gewässer auch natürlich vorkommen könnten.

10.1 Eigendynamische Fließgewässerentwicklung Fließgewässer sind dynamische Systeme, die ihr Bett und den dazugehörigen Talraum durch Abfolgen von Erosion, Transport und Sedimentation unter den jeweiligen Randbedingungen ausformen und dabei ihre eigenen morphologischen und biotischen Strukturen entwickeln. Grundvoraussetzungen für eine natürliche Ent­wicklung sind das Fehlen anthropogener Eingriffe im Einzugsgebiet und das Vor­handensein von ausreichend Raum für diese Entwicklung (s. Kap. 3 und 4). In einem natürlichen Fließgewässer treten unterschiedliche charakteristische­ Merkmale als Abfolge nacheinander auf, wobei einzelne Teilbereiche fehlen oder wiederholt auftreten können (s. Kap. 3.3). Für die Planung müssen diese Merkmale ermittelt werden, um die künftige Entwicklung eines Fließgewässers ab­schätzen zu können. Erst dann können die Rahmenbedingungen geschaffen werden, die dem Gewässer ausreichend Spielraum für eine eigendynamische Laufentwicklung zur Verfügung stellen (Jürging & Patt, 2005). Anschließend muss Geduld vorhanden sein, um die weitere Entwicklung abzuwarten. Die Bilder 10.1 bis 10.3 zeigen die Entwicklung eines Nebengewässers über ei­ nen Zeitraum von fünf Jahren. Die eigendynamische Entwicklung wurde durch die Umgestaltung der unterstromigen Verbindung mit dem Hauptgewässer H. Patt, Naturnaher Wasserbau © Springer 2009

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10  Naturnahe Gestaltung

Bild 10.1  Eigendynamische Entwicklung eines Seitenarmes nach einer einleitenden Baumaßnahme (aus Städtler, 2008)

10.1  Eigendynamische Fließgewässerentwicklung

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Bild 10.2  18 Jahre eigendynamische Entwicklung haben einen Seitenarm an der Sieg naturnah umgestaltet (Entwicklungsstand im Jahr 2005)

eingeleitet. Durch rückschreitende Erosion vergrößerte sich das Altgewässer zunehmend. Heute wird der Nebenarm bei Hochwasser durchströmt (s. Farbtafel 17 S. 431). Um diese Entwicklung zu ermöglichen, wurden vom Unterhaltungspflichtigen umfangreiche Flächen in diesem Bereich angekauft. Die Restfläche wurde dem ehemaligen Besitzer zur Nutzung als extensives Weideland überlassen (Patt & Städtler, 2000; Patt, 2002; Städtler, 2008).

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10  Naturnahe Gestaltung

Bild 10.3  Uferanbrüche als Ausdruck dynamischer Prozesse zwischen Strömung und Ufer

10.2 Einleiten dynamischer Prozesse Von Menschen unbeeinflusste, natürliche Fließgewässerlandschaften gibt es praktisch nicht mehr (Karl, 1994). Maßnahmen im Einzugsgebiet, wie z. B. Wasserkraftnutzung und Hochwasserschutz, können das Abflussregime oder den Geschiebehaushalt derart stark beeinflussen, dass es im Unterlauf zu Sohleneintiefungen kommt, obwohl das Gewässer dort nicht eingeengt ist und ihm ausreichend Raum zur Verfügung steht (Willi, 2000). Veränderungen am dynamischen Entwicklungsprozess eines Fließgewässers sollten erst eingeleitet werden, wenn die vorgesehenen Umweltziele ­(­s. Kap. 9.1.2) geklärt und die Randbedingungen ermittelt sind. Dazu müssen alle ­Eingriffe in die natürliche Fließgewässerentwicklung auf ihre weiteren Auswirkungen überprüft werden. Sind der Eingriff selbst oder die Folgewirkungen nicht zu korrigieren, müssen diese in die Planung mit einbezogen werden. Wasserbauliche Maßnahmen, die eine eigendynamische Gewässerentwicklung einleiten, zeichnen sich dadurch aus, dass mit ihnen niemals ein „fertiger Zu­ stand“ nach Abschluss der Bauarbeiten erstellt wird. Es werden Grobstrukturen vorgegeben, die anschließend durch die gestaltende Kraft des Wassers vollendet werden (Hafner, 2008; Patt & Städtler, 2000; Junghardt & Vollmer, 1998).

10.2  Einleiten dynamischer Prozesse

263

10.2.1 Veränderungen an der Laufentwicklung Die Laufentwicklung, d.h. Linienführung, Längs-, Querprofile und Gewässerbettstruktur, muss stets als Einheit angesehen und daher in gegenseitiger Wechselwirkung entwickelt werden (s. Kap. 3.3). Vor Eingriffen in die bisherige Laufentwicklung empfiehlt es sich, Strukturen von Referenzgewässern zu studieren und auf die eigene Aufgabe zu übertragen. Klassifizierungs- oder Typisierungsschemata und die Arbeiten zu den Gewässerlandschaften (ATV-DVWK 2003a und 2003b) bieten zusätzliche Anhaltspunkte, um die charakteristischen Merkmale und die voraussichtliche Entwicklung abzuschätzen (s. Kap. 3.5.2). Bei der vollständigen Neugestaltung eines Wasserlaufes ist der Planung die na­türliche Laufentwicklung eines Fließgewässers im jeweiligen Naturraum zu­ grunde zu legen, d.h. größere Abweichungen zwischen den charakteristischen Merkmalen von Referenzgewässer und „neuem“ Fließgewässer sollten nicht auftreten. Einfacher und pragmatischer kann an die Verbesserung der Laufentwicklung eines bestehenden Fließgewässers herangegangen werden. So kann z. B. ein be­gradigter Fluss ausgelenkt werden, um die Linienführung naturnäher zu gestalten. Hierzu wird an geeigneter Stelle der Uferverbau entnommen und oberstrom am gegenüberliegenden Ufer ein Regelungsbauwerk angeordnet. Das Regelungsbauwerk, in diesem Fall eine Buhne, verstärkt die vorhandene­ Strö­mung, so dass der nicht mehr gesicherte Uferbereich angegriffen wird und ein Prall­ufer entsteht (s. Bild 10.4). Das dort erodierte Material wird abtransportiert und unterstrom abgelagert. Durch das neu entstandene Prallufer wird die Strömung verstärkt gegen das gegenüberliegende Ufer gelenkt. Dort ist nun ebenfalls der Uferverbau zu entnehmen, damit der eingeleitete Prozess sich fortsetzen kann. In der Folge entsteht ein Wechsel von Prall- und Gleituferstrukturen. Wenn der Verbau an den Gleitufern nicht mehr erforderlich ist, kann das Material entnommen und an anderer Stelle wiederverwendet werden. Falls es ökologisch verträglich ist, ist es jedoch meist wirtschaftlicher den alten Verbau im Gewässerbett zu belassen und als Strömungslenker einzusetzen. Steht ausreichend Raum für die eigendynamische Entwicklung eines Fließgewässers zur Verfügung, so wird sich mit der Zeit ein Querprofil ausbilden, das natürlichen Verhältnissen sehr weit angepasst ist. Aber auch ein derart entwickeltes Querprofil ist durch die Eigendynamik weiterhin dauernden Veränderungen unterworfen. Entsprechend der natürlichen Laufentwicklung durchläuft ein Fließgewässer dabei die bereits in Kap. 3.3 dargestellten naturraumspezifischen Entwicklungsprozesse. So verändern sich z. B. Mäanderschleifen durch ständigen Abtrag und Anlandung bis hin zum Mäanderdurchbruch (s. Kap. 3.3.1).

264

10  Naturnahe Gestaltung

Bild 10.4  Verbesserung der Laufentwicklung durch Rückbau der Ufersicherung und Auslenkung der Strömung mittels einer Buhne

10.2.2 Gewässeraufweitungen Die Fließgewässersohle kann durch eine Gewässeraufweitung gegen Tiefenerosion gesichert werden, da sich im aufgeweiteten Querschnitt Material ablagert. Die Sohle des Fließgewässers wird dadurch angehoben (Requena et al., 2005, Hunzinger, 2004). Mit dem Anheben der Sohle vergrößert sich das Sohlengefälle zwischen dem erweiterten Querschnitt und dem unterstrom gelegenen unveränderten Gewäs-

265

10.2  Einleiten dynamischer Prozesse

serabschnitt. In diesem Bereich steigt mit zunehmender Schubspannung die Geschiebefracht (Fäh et al., 2008). Modellversuche zu Gewässeraufweitungen mit beweglicher Sohle zeigen deut­lich einen tiefen Kolk am Übergang der Aufweitung zum vorhandenen Querschnitt, dessen Sohlenlage unter die Sohle der rückschreitenden Erosion her­unter reicht (s. Bild 10.5). Aufgrund der Unsicherheiten bei der Berechnung empfiehlt es sich, den Querschnitt etwas weiter zu öffnen, als es der hydraulische Nachweis vorgibt. Eine Sohlensicherung mittels Schwellen bewirkte eine deutliche Verringerung der Kolktiefe (Wieprecht, 1997; Hunzinger, 1998). Die Auswirkungen der Querschnittserweiterung sind zu beobachten und bei Bedarf durch den Einbau naturnaher Steinsporne und -buhnen zu korrigieren (s. Kap. 10.5). Ist die Querschnittserweiterung richtig dimensioniert, stellt sich ein dynamisches Gleichgewicht zwischen Sedimentation und Weitertransport mit neuer Sohlenlage ein. Das Gefälle variiert entsprechend den veränderten Querschnittsausbildungen (s. Bild 10.5). Die sich in der Aufweitung einstellende Sohlenaufhöhung darf eine kritische Kote nicht überschreiten, da es sonst möglicherweise zu Ausuferungen kommt. Weiterhin ist zu berücksichtigen, dass unterstrom, zumindest bis zur Herstellung eines Gleichgewichtzustandes, das in der Aufweitung abgelagerte Geschiebe fehlt und es dort zeitweise zu einem Geschiebedefizit kommen kann. Im Bereich der Aufweitung stellt sich üblicherweise die Umlagerungsstrecke eines verzweigten Flusses ein, die ökologisch von hohem Wert ist (Rohde, 2005) (s. Kap. 4.1).

Sohle nach Aufweitung

ursprüngliche Sohle

Sohle der rückschreitenden Erosion

eingeengter Fluss

Aufweitungsstrecke

eingeengter Fluss

Bild 10.5  Auswirkungen einer Gewässeraufweitung auf die Gewässersohle (verändert nach Zarn, 1992)

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10  Naturnahe Gestaltung

10.2.3 Verbesserung des Geschiebehaushaltes Jedes natürliche Gewässer weist einen dem Naturraum angepassten Geschiebehaushalt auf. Sohlenstrukturen, Sand- und Kiesbänke, Gleit- und Prallufer verändern sich ständig. In ausgebauten Gewässern und bei Unterbrechung der Fest­stoffzufuhr von oberstrom können sich die natürlichen Strukturen nicht ausbilden (s. Kap. 3.4). Die Wiederherstellung der Durchgängigkeit für Ge­ schie­be trägt daher zu einer erheblichen Verbesserung der Fließgewässerstruk­ tur bei.

Förderung der Erosion Im Falle eines Geschiebedefizits sind die grundsätzlichen Ursachen zu klären und, wenn möglich, zu beseitigen. Ansonsten können z. B. die Seitenerosion gefördert oder Geschiebedepots aktiviert werden. Zur Förderung der Seitenerosion werden dynamische Prozesse entsprechend Kap. 10.2.1 eingeleitet. Soll der Geschiebehaushalt durch Feststoffdepots verbessert werden, sind zu­nächst nutzbare Depots zu erkunden. Geeignet sind festgelegte Kies- und Sandbänke, die oft durch Aufwuchs nicht mehr als solche zu erkennen sind. Dort sind die Bäume zu entnehmen, damit diese bei Hochwasser nicht zu Schäden und Ge­fahren an Brücken, Wehren oder sonstigen Engstellen führen können (s. Kap. 12.3.2). Die Strömung wird durch Regelungsbauwerke auf die Depots gelenkt, so dass diese erodieren und das Material verfrachtet wird. Erosion und Feststofftransport, auch wenn sie bewusst verstärkt werden, finden nur zu Zeitpunkten statt, zu denen diese auch natürlicherweise ablaufen. Buhnen sind geeignete Bauweisen für solche Leitwerke (s. Kap. 10.5).

Geschiebezugabe und Stauraumspülung Wird der Verlauf eines Fließgewässers durch einen Speicher oder ein Wehr unterbrochen, so tieft sich die Gewässerstrecke unterstrom wegen des Geschiebedefizits ein (s. Kap. 3.4.4). Durch Feststoffzugabe kann einer weiteren Eintiefung der Sohle begegnet werden. Hierzu wird Material eingebracht, das in diesem Gewässerabschnitt umgelagert und verfrachtet werden kann. Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Stauraum durch das gezielte Öffnen von Wehrverschlüssen zu spülen und so die abgelagerten Materialien nach un­ter­strom zu verfrachten (DWA, 2006e). Ein Nachteil der Stauraumspülung ist, dass die Spülwirkung meist nicht weit nach oberstrom reicht. Es wird daher nur feines Sediment ausge­spült, weil sich die gröberen Materialien bereits an der Stauwurzel ab­gelagert haben. Ein weiterer Nachteil der Spülung ist, dass diese für das Ökosystem des Rückhalteraums und die unterstrom gelegenen Gewässerabschnitte eine ex­ treme „Stresssituation“ darstellt. Das gilt insbesondere dann, wenn selten gespült wird und die Biozönosen nicht an die Feststoffverfrachtung gewöhnt bzw.

10.2  Einleiten dynamischer Prozesse

267

angepasst sind. Der gesamte Spülvorgang ist sorgfältig zu planen, damit weder durch die veränderte Abflusscharakteristik noch durch die oft erheblichen Schwebstoffkonzentrationen nachhaltige Schäden auftreten. Aufgrund der beschriebenen Auswirkungen einer Spülung, ist es besser, Stau­räume an der Stauwurzel auszubaggern und das Material unterhalb des Absperrbauwerkes als künstliche Sand- oder Kiesbänke in Längsrichtung im Fluss aufzu­schütten. Beim nächsten größeren Hochwasser wird dieses Depot dann verfrach­tet. Bei der künstlichen Zugabe von Material, das außerhalb des Fließgewässers gewonnen wird, ist abzuwägen, ob die Auswirkungen im Gewässer, die den Bau von sohlenstabilisierenden Bauwerken möglicherweise vermeiden, das Aufreißen von Löchern in der Landschaft und die ständigen Kosten rechtfertigen.

10.2.4 Totholz Totholz ist ein natürlicher Bestandteil naturbelassener Fließgewässer und prägt deren Erscheinungsbild. Es beeinflusst die Strömungsverhältnisse, die Abflussleitung, den Feststofftransport und den Stoffhaushalt (s. Kap. 4.1), hat Einfluss auf die Biozönosen und dient als Besiedlungssubstrat und Lebensraum für das Makrozoobenthos, die Fischfauna und ausgewählte terrestrische Arten (DVWK-GfG, 2007; Gerhard & Reich, 2001). Auswirkungen auf den Lebensraum Um Totholzstrukturen wechseln sich Erosion und Sedimentation ab. Wird die Strö­mung gegen die Ufer gelenkt, bilden sich Uferabbrüche (s. Kap. 10.1). Diese dienen wiederum als Lebensraum für uferbrütende Vogelarten (u. a. Uferschwalbe, Eisvogel) bzw. als Rückzugsraum für die Fischfauna bei Niedrigwasser. Im Strömungsschatten von Totholz entstehen Kiesbänke, die ein wichtiges Laichsubstrat für die Fischfauna darstellen. Parallel zum Ufer liegendes Totholz reduziert die Erosion der Ufer. Die Veränderung der Gewässermorphologie und die strömungsmodifzierende Wir­kung des Totholzes erhöhen die Strömungsvielfalt. Die sich ausbildenden Stillwasserbereiche sind wichtiger Rückzugsort für die Fischfauna und verringern die Verdriftung des Makrozoobenthos bei Hochwasser. Durch die lokale Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit kann das mit Feinsubstrat verfüllte Lückensystem von Kiesgewässern (Interstitial) gereinigt und so Laichsubstrat für die Fischfaune geschaffen werden (DVWK-GfG, 2004). Durch den Rückhalt von organischem Material wird der Stoffhaushalt wesentlich verändert. Strukturreiches Totholz in Form von Ästen und Zweigen filtert Sträucher und Laub aus der fließenden Welle. Feines organisches Material lagert sich in strömungsberuhigten Zonen ab. Dadurch wird organisches Material im Gewässerabschnitt zurückgehalten und damit das Nahrungsangebot für die Biozönose und die Bioproduktion erhöht.

268

10  Naturnahe Gestaltung

Totholz dient auch unmittelbar als Lebensraum und Nahrungsquelle (s. Kap. 4.1.5). Das Makrozoo­benthos nutzt die Totholzstrukturen u. a. als Ort der Eiablage und Verpuppung, heftet sich am Holz fest, um die Nahrung aus der fließenden Welle heraus zu filtern und frisst den auf dem Holz befindlichen Biofilm bzw. das Holz selbst (BayLfW, 2005). In Sandgewässern ist Totholz oft das einzige lagestabile Hartsubstrat, an dem sich die Tiere anheften können. Die Fischfauna nutzt Totholz u. a. als Sichtschutz vor aquatischen und terrestrischen Räubern (Unterstand). Des Weiteren verringert Totholz durch die Gliederung in Teillebensräume die Konkurrenz zwischen den Individuen einer Art und bietet Rückzugsbereiche bei Hochwasser. Auswirkungen auf die Bewirtschaftung Was im Hinblick auf die Ausbildung naturnaher Strukturen günstig ist, wird für die Bewirtschaftung oft zum Problem. Durch die Ablenkung der Strömung durch Totholzstrukturen können Deiche gefährdet, die Abflussleistung herabgesetzt und der Betrieb von Wasserkraftanlagen beeinträchtigt werden. Die zur Gefahrenabwehr und für die Sicherstellung eines ordnungsgemäßen Betriebs erforderlichen zusätzlichen Unterhaltungsmaßnahmen (z. B. das Entfernen von Bäumen und Sträuchern vor dem Einlaufrechen einer Wasserkraftanlage oder das Räumen von Verklausungen vor Brücken) sind mit zusätzlichen Kosten verbunden. Geht es schließlich um das Einbringen von Totholz zur Verbesserung der ökologischen Bedingungen, verhärten sich die Fronten sehr schnell. Jeder Gewässernutzer wird Gründe finden, warum nach seinen Vorstellungen zu verfahren ist. Letzt­endlich werden dadurch Möglichkeiten zur Verbesserung des ökologischen Zustands blockiert. Totholzmanagement Das Totholzmanagement hat zum Ziel, gemeinsam mit den Nutzern Gestaltungsvorschläge zu entwickeln, die das Einbringen und Belassen von Totholz ermöglichen. Dazu werden der betreffende Gewässerabschnitt bzw. die Fließquerschnitte im Detail betrachtet, um problematische Zugabestellen und Engstellen zu identifizieren. Auf diese Weise lassen sich die Möglichkeiten einer Totholzzugabe auf einer fachlichen Ebene abschätzen. Nachteile und Vorteile müssen dann gemeinsam mit allen Betroffenen diskutiert werden. In BayLfW (2005) finden sich eine Auswahl von Beispielen, wie durch den Einsatz von Totholz die Fließgewässerentwicklung positiv beeinflusst werden kann.

10.3  Revitalisierung einzelner Ökosystem-Bausteine

269

10.2.5 Altgewässer Altgewässer sind Teile von Fließgewässern, die vorwiegend im Mittel- und Unterlauf eines Fließgewässers vorzufinden sind (DVWK, 1991a; Patt & Städtler, 2008). Sie entstehen durch Laufverlagerun­gen oder Mäanderdurchbrüche, werden längere Zeit noch durchströmt, dann abgeschnürt und verlanden schließlich (s. Kap. 3.3.2). Bei der Neuanlage von Altgewässern sind gezielt mehrere Stellen auszuwäh­ len, wo Altgewässer angelegt werden können. Als erste Maßnahme sollte an ei­nem Drittel der geeigneten Stellen ein Altarm möglichst naturnah hergestellt und dann vollständig sich selbst überlassen werden. Die dynamische Entwicklung setzt ein, bildet den Bereich sukzessive um, bis die Strukturen des Altgewässers in der Aue gerade noch erkennbar sind (Jürging, 1997). Haben die angelegten Altgewässer den Verlandungsprozess weitgehend durchlaufen, ist es sinnvoll, an anderer Stelle neue anzulegen, damit der Zyklus, bei noch vorhandenem Artenpotenzial, wieder von vorne beginnen kann. Es wird immer wieder diskutiert, ob ein Altgewässer durchströmbar sein soll, d.h. eine Anbindung an den Fluss, sowohl von oberstrom als auch von unterstrom, bestehen soll. Die Praxis zeigt, dass durchströmte Altgewässer sehr viel schneller auf- und verlanden, weil auch bei den häufig auftretenden kleinen Hochwasserereignissen Feststoffe eingespült werden (Auflandung). Es empfiehlt sich daher, Altgewässer nur von unterstrom anzuschließen und den Aushub wallartig um die neugeschaffene Wasserfläche aufzuschütten. Ziel ist, dass nur 10- bis 20jährliche Hochwasser das Altwasser überströmen und somit nur Schwebstoffe hinein verfrachten, die in den obersten Schichten des Gewässers transportiert werden. Die große Masse der Feststoffe wird so vorbei geleitet. Der Anschluss des Altarms an das Gewässer sollte als schmaler Schlitz (z. B. mittels Steinsatz) ausgebildet werden. Die Verbindung bleibt so auch bei sehr nie­drigen Wasserständen erhalten und der „Flaschenhals“ wird durch den Wasseraustausch freigespült. Liegt der Altarm im Bereich eines leichten ­Prall­ufers, legt sich keine Sandbank vor diese Verbindung, so dass diese offen bleibt. Die Neuanlage eines Altgewässers stellt zwar einen Eingriff in den Talraum dar, die dynamische Entwicklung bis hin zur Verlandung bleibt aber ungestört. Ein künstliches Altgewässermanagement ist ökologisch sinnvoller, als ein vielleicht noch natürlich vorhandenes Altwasser immer wieder auszubaggern und so künstlich mit wiederkehrenden, für die vorhandene Biozönose katastrophalen Eingriffen zu erhalten.

10.3 Revitalisierung einzelner Ökosystem-Bausteine Mitteleuropa ist dicht besiedelt, so dass nicht überall Raum verfügbar ist, um eine eigendynamische Entwicklung tolerieren zu können oder Prozesse einzu-

270

10  Naturnahe Gestaltung

leiten, die dann mit der den Fließgewässern eigenen Dynamik ablaufen dürfen. In solchen Fällen ist es auch schon von Vorteil, wenn einzelne Bausteine des Gesamt­ökosystems verbessert werden (u. a. Schiechtl, 1973; Begemann & Schiechtl, 1986; Hütte, 2000; Schiechtl & Stern, 2002). Alleine die Herstellung der Durchgängigkeit ist ein wichtiger Baustein auf dem Weg zu natur­näheren Fließgewässern. Oft lassen sich so Seitengewässer, die häufig als Laichgewässer dienen, wieder an die Hauptgewässer anbinden. Eine wichtige Rolle spielt auch die Anlage von Uferstreifen, um Teile der Aue als Entwicklungsraum für die Fließgewässer wiederzugewinnen (u. a. Kraus, 1995 und 1997; DVWK, 1997a; DVWK-GfG, 2006).

10.3.1 Durchgängigkeit Grundsätzlich ist die Durchgängigkeit der Fließgewässer anzustreben (s. Kap. 4.1.4). Aus hydraulischen Gründen sind Fließgewässer in beengten, innerört­lichen Bereichen aber häufig als Kastenprofil mit gepflasterter Sohle und mehr oder weniger lotrechten Ufermauern ausgebaut. Gibt es auch noch

Bild 10.6  Minimale Durchgängigkeit in Kastenquerschnitten

10.3  Revitalisierung einzelner Ökosystem-Bausteine

271

Sohlenabstürze, so ist eine Migration aquatischer Lebewesen meist vollständig unterbrochen. In einem derartigen Fall ist die Herstellung einer minimalen Durchgängig­keit wichtiger, als z. B. in einem naturnahen Bereich ein weiteres Altgewässer zu schaffen. Es sollte sogar geprüft werden, ob nicht für ein naturnäheres Gewässerbett eine Reduzierung der Abflussleistung in Kauf ge­nommen werden kann. Durch Entnahme des Sohlenpflasters können wieder natürliche Sohlenstrukturen entstehen. Dabei muss der drohenden Sohlenerosion entgegengewirkt werden. Sind die Ufermauern tief genug gegründet (z. B. auf Bohrpfählen), reicht eine Sicherung mit tief gegründeten Sohlengurten in entsprechenden Abständen. Angedeutete Uferböschungen über den Mittelwasserspiegel mit rasen- und röhrichtartigem Bewuchs (sog. „Bewuchsvouten“) und ein paar Büsche aus flexi­­­b­len Pflanzen, die sich bei Überströmung umlegen, bilden ein Minimum an am­ phi­bischer Uferzonierung und Durchgängigkeit (s. Bild 10.6 und 10.7).

Bild 10.7  Auch wenn die Leistungsfähigkeit des Gerinnes reduziert wird, sollte eine Minimalausstattung mit natürlichen Strukturen in Erwägung gezogen werden

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10  Naturnahe Gestaltung

Die Gewässersohlen unter Brückenbauwerken sind ebenfalls so auszuführen, dass eine offene Sohle erhalten bleibt. Der lichte Querschnitt ist dazu größer zu wählen, als rechnerisch erforderlich, so dass die Sohlen der Durchlässe tiefer gelegt werden können, als die vorhandene Gewässersohle. In den Durchlässen ist so ausreichend Raum für die Entwicklung einer durchgängigen Substratschicht vorhanden, ohne das die hydraulische Leistungsfähigkeit des Profils eingeschränkt wird. Ein Sohlenriegel am unteren Ende des Durchlasses sichert die Sohle vor Erosion (Kraus, 1987a). In Ausleitungsstrecken sollte der Restwasserabfluss derart dimensioniert werden, dass die ökologische Durchgängigkeit zumindest in einem schmalen Band erhalten bleibt. Naturnah gebaute Niedrigwasserbuhnen können dazu beitragen, dass eine ausreichende Wassertiefe (ca. 25 bis 30 cm) in einzelnen Querschnittsbereichen gewährleistet ist. Sohlengurte schaffen Strukturen, insbesondere Kolke und Gumpen, so dass Rückzugsmöglichkeiten bei extremen Niedrigwassersituationen vorhanden sind. Die Anbindung der Ausleitungsstrecke nach oberstrom ist mit besonderer Sorgfalt durchgängig und naturnah zu gestalten (s. Kap. 10.7).

10.3.2 Anbinden von Seitengewässern Seitengewässer sind ein wesentliches Element der Vernetzung in einem Fließgewässersystem. Um bei eingetieften Hauptgewässern eine rückschreitende Erosion in die Seitengewässer zu vermeiden, befindet sich an der Einmündung häufig eine starke Gefällestufe oder gar ein technisches Absturzbauwerk. Bei Höhenunterschieden von 40 bis 80 cm ist die Durchgängigkeit vom Hauptin das Seitengewässer unterbrochen. Selbst Salmo­niden können diese Höhendifferenzen nicht überwinden. Derartige Einmündungen sind in durchgängige, naturnahe Kaskadenrampen oder Fischpässe in Art von Rauhbettgerinnen um­ zu­bauen (s. Kap. 10.7 und Farbtafel 27 S. 441). Unter natürlichen Bedingungen münden Seitengewässer oft nicht unmittel­ bar in das Hauptgewässer. Häufig bildet sich eine Kies- oder Sandbank aus, so dass das Seitengewässer streckenweise neben dem Hauptgewässer herfließt, bis es Anschluss an dieses findet. Solche parallel fließenden Kleingewässer sind wichtige Rückzugs- und Laichbiotope für Fische und sonstige Tiere des Hauptgewässers (Michor & Egger, 1993). Deshalb sollte, wo immer möglich, darauf geachtet werden, dass bei Revitalisierungen im Mündungsbereich eines Fließgewässers zumindest ein Einleitungswinkel von etwa 45 bis 60 Grad zur Fließrichtung gewählt wird. Damit ist nicht nur eine bessere Durchgängigkeit gewährleistet, sondern es bleibt auch der sogenannte Lockstrom für Wasserorganismen im Fluss länger „gebündelt“. Zudem werden im Gegensatz zu senkrechten Einmündungen die möglichen Erosionskräfte auf das gegenüberliegende Ufer wesentlich verringert.

10.3  Revitalisierung einzelner Ökosystem-Bausteine

273

Bild 10.8  Beschattung eines Fließgewässers durch Bäume und Gehölze im Uferstreifen

10.3.3 Auenvitalisierung, Anlage von Uferstreifen Auen sind notwendiger Bestandteil eines intakten Fließgewässersystems (s. Kap. 4.1.4). Wo natürliche Auenflächen nicht mehr verfügbar sind, sollte versucht werden, in Uferstreifen einzelne Biotopbausteine naturnaher Auen zu gestalten (s. Bild 10.8). Hierbei ist die Breite des Uferstreifens von besonderer Bedeutung für seine Wirksamkeit (DVWK, 1997a). Auenvitalisierung Zu den vielfältigen Gestaltungsmöglichkeiten zur Wiederherstellung von Auen­ strukturen zählen z. B.: • Öffnen oder Auflassung von Deichen, um wieder eine Überflutungsdynamik zu erreichen.

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10  Naturnahe Gestaltung

• Ausbaggern von Flächen bei eingetieften Gewässern, um wieder Anschluss an das Grundwasser und an Überflutungen zu erhalten (s. Farbtafel 19 S. 433 oben). • Vernässen von Sekundärrinnen, die infolge Eintiefung des Gewässers trocken gefallen sind (s. Farbtafel 19 S. 433 unten). • Neubegründung von Auenwald auf Flächen, die aus der Nutzung genommen wurden. • Erhöhung der Vielfalt an morphologischen Strukturen und damit auch der ökologischen Reliefstrukturen, z. B. durch das Ausbaggern von Altgewässern (s. Kap. 10.2.6), Grundwasserblänken und Tümpeln, die nur periodisch überflutet werden und dann langsam austrocknen dürfen. Ebenso können durch Geländeaufschüttungen bewusst Trockenstandorte geschaffen werden. Uferstreifen Uferstreifen begleiten das Gewässer und umfassen Teile der Aue ab der Mittelwasserlinie, soweit diese eine funktionale Einheit mit dem Gewässer bilden (DVWK, 1997a; DVWK-GfG, 2006; Kaltenbrunner, 2006). Vorbild für einen wirksamen Uferstreifen ist eine naturnahe Aue, wie sie für den betrachteten Gewässerabschnitt repräsentativ ist (Kraus, 1994; Patt, 1996; Patt, 1997a und 1997b). Um den Themenkomplex „Uferstreifen und Auen“ umfassend zu diskutieren, sollten folgende Punkte berücksichtigt und erörtert werden (s. Farb­ tafel 18 S. 432 oben; s. auch Grambow et al., 2006; Haimerl & Loras, 2006): • die Wechselwirkungen mit dem Gewässer, • die Struktur des Gewässerbettes bzw. die Eigendynamik des Gewässers, • die Puffer- und Filterwirkungen des Uferstreifens gegenüber Stoffeinträgen aus dem Hinterland, • die Auswirkungen auf den Energie- und Stoffhaushalt des Fließgewässers, z. B. durch die Beschattung u.ä. (s. Bild 10.8), • Auswirkungen auf den weiteren Talraum, etwa auf Kleinklima und Windschutz, • Auswirkungen auf die landwirtschaftliche Nutzung, • Landschaftsbild und Erholungsnutzung und die • Funktion von Uferstreifen und Auen − als Lebensraum, − für die Längs- und Quervernetzung anderer Ökosysteme und − für die Anbindung von Seitengewässern an die Hauptgewässer.

10.4 Sicherung gegen Seitenerosion, Längsverbau In natürlichen Fließgewässern und bei der eigendynamischen Entwicklung von­ Wasserläufen ist nicht ohne weiteres zwischen Seiten- und Tiefenerosion

10.4  Sicherung gegen Seitenerosion, Längsverbau

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zu un­­terscheiden (SMUL-Sachsen, 2005). Häufig wirken beide zusammen (s. Kap. 3.3). Das Sanierungskonzept muss daher die Ursachen beseitigen, damit Uferschutzmaßnahmen nicht von vornherein scheitern (s. Kap. 3.4.2). Bei Sohleneintiefungen ist deshalb zu­nächst zu klären, ob es sich nur um lokale Eintiefungen, etwa entlang eines zu glatten Längsverbaus oder der Struktur einer Ufermauer (Hersberger & Schleiss, 2007), oder um ein grundsätzliches Problem mit der Tiefenerosion handelt. Klassische Ufersicherungen zum Schutz vor Seitenerosion sind Parallelbauwerke, die das Ufer oder den Böschungsfuß durchgängig lückenlos befestigen. Sie sind oft sehr gleichmäßig gestaltet, verkürzen die Uferlinie und erschweren Tieren und anderen Organismen den Übergang. Im Gegensatz dazu fördern na­turnahe Bauweisen die Durchgängigkeit zwischen den aquatischen, amphibischen und terrestrischen Bereichen eines Fließgewässers (Florineth, 2004). Ein Ansatz für die Berechnung der Standsicherheit von naturnah gestalteten Böschungen findet sich bei Richwien (1999). Er weist darauf hin, dass die Durchwurzelung ein Unsicherheitsfaktor in den Berechnungen ist.

10.4.1 Röhrichte Eine Röhrichtpflanzung ist eine naturnahe Bauweise zum Uferschutz in Fließgewässern mit nicht zu hoher Fließgeschwindigkeit. Entscheidend für den Erfolg ist, dass die gewählte Röhrichtart für den jeweiligen Standort nach Boden, Gewässerchemismus und -temperatur, Strömungsbelastung und Lichtverhältnissen geeignet ist. Die wichtigsten Röhrichtarten an unseren Fließgewässern sind Rohrglanzgras (Phalaris arundinacea) und Schilf (Phragmites communis). Rohrglanzgras sichert mit kräftigem Wurzelwerk die Ufer sehr gut (s. Farbtafel 22 S. 436 unten). Bei Überströmen legt sich dieses Gras um, und kann sich, da der Halm meist nicht abgebrochen wird, danach von selbst wieder aufrichten. Daher ist es auch bei hö­heren Fließgeschwindigkeiten bis etwa 1,8 m/s geeignet. Schilf kann dagegen nur an sehr langsam fließenden Fließgewässern Röhrich­te ausbilden. Höhere Fließgeschwindigkeiten während der Vegetationsperiode bre­chen den Halm ab, so dass Wasser in den hohlen Halm eindringt. Geschieht dies mehrmals, so verfault das Wurzelwerk des Schilfes von innen her und die Pflanze stirbt ab. Flussröhrichte werden meist nur aus einer oder sehr wenigen Arten aufgebaut, die das relativ dichte Grundgerüst bilden. Dieses ist dann oftmals von sogenannten „Begleitern“ durchsetzt, die nur vereinzelt auftreten, aber dann durchaus große Bulte (Horste, Inseln) ausbilden können, wie z. B. die Gelbe Schwertlilie (Iris pseudacorus – s. Bild 10.9). In Altgewässern, die bei Hochwasser nicht überflutet, sondern nur überstaut werden, können nahezu alle heimischen Röhrichtarten vorkommen bzw. bei einer Neuanlage angesiedelt werden.

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10  Naturnahe Gestaltung

Bild 10.9  Röhrichtpflanzung mit Gelber Schwertlilie (Iris pseudacorus)

Je nach Art können Röhrichte entweder ausgesät, gepflanzt oder über Halmstecklinge angesiedelt werden. Sehr bewährt hat sich auch das Verpflanzen mittels ausreichend großer Soden, die ein gutes Anwachsen und einen relativ frühen Schutz erwarten lassen. Ist ein rasch wirksamer Schutz erforderlich, können vorgefertigte Vegetationsmatten oder -walzen Verwendung finden (s. Kap. 11.1.2.).

10.4.2 Rauhbaum Ein Rauhbaum ist eine einfache und rasch gegen Uferangriffe wirkende, naturnahe Bauweise. Dazu wird ein Nadelbaum mit einer Kette oder einem Stahlseil so festgehängt, dass der Baumwipfel mehr oder weniger parallel vor dem Ufer zu liegen kommt. Der Wurzelstock oder der Stamm zeigt dabei nach oberstrom (s. Bild 10.10). Nadelbäume, insbesondere Fichten und Tannen, sind von Vorteil, weil ihre Äste und Zweige im feuchten Milieu jahrelang flexibel bleiben. Äste und Zweige von Laubbäumen werden dagegen schneller starr und brechen dann leicht. Entscheidend bei Nadelbäumen ist aber ihr dichter, „rauer“ Wipfel, da dieser das Ufer vor der angreifenden Strömung schützt. Gleichzeitig filtert der Baumwipfel Feststoffe aus dem Wasser, bewirkt deren Sedimentation und baut so das Ufer wieder auf.

10.4  Sicherung gegen Seitenerosion, Längsverbau

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Bild 10.10  Rauhbaum als Sicherung gegen Seitenerosion

Bei größeren, längeren Uferschäden können auch mehrere Rauhbäume hintereinander gehängt werden. Zuweilen ist es zweckmäßig, die Wipfel der Rauhbäume an zwei oder drei Stellen mit großen Steinen zu beschweren. Dazu werden die Steine mit Dübeln versehen und mit Stahlseilen am Stamm befestigt. So wirken diese als Anker und halten die Bäume in der gewünschten Lage. Die Haupt­strömung verläuft dann nicht mehr parallel zur Uferlinie, sondern wird zur Ge­wässermitte hin abgelenkt. Rauhbäume übernehmen mit dem Einbau ihre Schutzfunktion. Aufgrund der Lage in der Wasserwechselzone ist ihre Lebensdauer auf etwa 10 bis 15 Jahre begrenzt. Daher ist es erforderlich, das stehen gebliebene Ufer oder, wenn

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10  Naturnahe Gestaltung

die alte Uferlinie wiederhergestellt werden soll, das Sediment hinter dem Rauhbaum zu bepflanzen. Den eigentlichen Uferschutz übernimmt dann später die Gehölzpflanzung. Zweckmäßigerweise gewinnt man Rauhbäume nicht durch herkömmliches Fällen von Bäumen.Werden die Ansätze von zwei oder drei möglichst mächtigen Flachwurzeln am Stamm belassen, so kann der Rauhbaum mit Hilfe der fixierten Schlaufe eines Stahlseiles oder einer fixierten Würgekette angehängt werden (s. Bild 10.10). Bei höheren Strömungsgeschwindigkeiten oder, wenn der Befestigungspflock nicht ausreichend tief und fest in den Untergrund geschlagen werden kann, sollten zwei oder drei Pfähle eingerammt werden. Sind nur Bäume mit einem glattem Stamm (ohne Wurzelansatz) vorhanden, so empfiehlt es sich, den Stamm abzusägen und anderweitig zu verwerten. Der Rauhbaum kann dann oberhalb des ersten Astkranzes angehängt werden. Rauhbäume bieten gute Unterstände und, nach einiger Alterung, auch Besie­delungsmöglichkeiten in Form von natürlichem Totholz (Kail & Hering, 2003). Durch das Verrotten der Nadelmasse werden Huminstoffe ins Wasser abgegeben, die einer Versauerung Vorschub leisten können.

10.4.3 Faschinenbündel Faschinenbündel, auch Wippen oder Faschinenwalzen genannt, zählen zu den Längsverbauarten und werden zur Böschungsfußsicherung verwendet. Zur Herstellung der Faschinenwalzen werden etwa 5 bis 6 m lange Weidenruten von Daumenstärke auf der Wippenbank mit Rödeldraht zu etwa 20 bis 40 cm starken Bündeln zusammengebunden (s. Bild 10.11). Eingebaut werden Faschinenbündel im Bereich der Mittelwasserlinie indem diese mit den dicken Rutenenden nach oberstrom verlegt und mit Pflöcken fixiert werden (s. Bild 10.11). Eine Überdeckung mit Erdreich hält die Faschinen feucht und verbessert das Anwachsen und es entsteht daraus ein Gehölzsaum bzw. ein Saum aus Buschwerk, der langfristig die Ufersicherung übernimmt. Die beste Zeit Faschinen zu gewinnen, ist während der Vegetationsruhe. Werden diese nicht sofort verarbeitet, eingebaut und mit Erdreich abgedeckt, so müssen die Weidenruten in feuchtem Boden leicht eingegraben werden. Sie dürfen weder vor noch nach dem Einbau austrocknen, aber auch nicht ständig unter Wasser liegen, da sie sonst ersticken. Sofort nach dem Einbau, noch bevor diese ausgetrieben haben und verwurzelt sind, übernehmen die Faschinenbündel einen rein mechanischen Uferschutz. Die überlappenden Stöße der einzelnen Bündel sind stets Angriffspunkte für das Wasser. Es ist deshalb vorteilhaft, Faschinen „endlos“ zu verarbeiten und einzubauen. Geeignetes Ausgangsmaterial sind langtriebige und schmalblättrige Strauchweiden (z. B. Korbweide – Salix viminalis), weil diese biegsam sind. Die aus ihnen entstandenen Weidensäume an der Mittelwasserlinie legen sich bei Hochwasser um, so dass die Strömungsverhältnisse weniger beeinträchtigt werden.

10.4  Sicherung gegen Seitenerosion, Längsverbau

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Faschinenbündel können vielseitig verarbeitet werden. Werden mehrere parallel nebeneinander gelegt, so entsteht eine Faschinenmatte als flächige Sicherung. Schwimmt man eine solche ein und versenkt diese durch eine Auflast aus Kies oder Steinen am Einbauort, wird die Faschine als Sinkstück bezeichnet. Ohne Auflast müssen die Faschinen mit Pfählen an der Flusssohle befestigt werden, da das Gewerk sonst aufschwimmen würde. Über die Faschinenmatte quer gebundene Wippen ergeben kastenartige Kon­struktionen, die, abgesenkt mit einer Auflast aus Kies oder Steinen, Packwerk oder Packfaschinat genannt werden. Solche räumlichen Konstruktionen sind sehr stabil und können als massiver Uferschutz, als Buhnen oder Parallelwerke eingesetzt werden.

Bild 10.11  Wippenbank und Faschinenbündel als Böschungsfußsicherung

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10  Naturnahe Gestaltung

Faschinenbauwerke sind sehr flexibel und als Bauweise ökologisch positiv zu bewerten. Zwischen den Zweigen und Ruten bleiben stets genügend Hohlräume, die einer Vielzahl von Lebewesen als Unterschlupf dienen. Faschinen aus abgestorbenem Material sind daher ein durchaus erwünschter Eintrag von Totholz in die Ge­wässer.

10.4.4 Senkwalzen, Senkfaschinen Senkwalzen oder Senkfaschinen sind Faschinenbündel, in deren Inneren Steine eingebunden sind (s. Bild 10.12). Daher können diese bei tiefen Anbrüchen als Bö­schungsfußsicherung unter Wasser abgesenkt werden. Senkwalzen sind eine Kombinationsbauweise von Holz und Steinen. Auch an ausschlagsfähigen Faschinen kann bei dieser Bauweise kein Weidensaum entste­hen, weil die Pflanzenteile ständig unter Wasser sind. Durch die Verwen-

Bild 10.12  Herstellung und Schnitt durch eine Senkwalze – Eine Senkwalze ist ein sehr massives Bauelement, so dass oft auf die dargestellte Sicherung mit Pflöcken verzichtet werden kann

10.4  Sicherung gegen Seitenerosion, Längsverbau

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dung von Steinen sind die Senkwalzen sehr schwer, so dass meist eine Sicherung mit Pflöcken oder Pfählen nicht notwendig ist (s. Bild 10.2). Für Bauteile, die ständig unter Wasser sind, können auch nicht austriebsfähige Ruten und Zweige verwendet werden. Austriebsfähige würden dauernd unter Wasser ohnehin ersticken. Sinnvoll ist die Verwendung Letzterer in der Wasserwechselzone bzw. entlang des Mittelwasserspiegels, da sie dort ausschlagen und die Wurzeln zusätzlich stabilisierend wirken. Lebende Faschinen als ingenieurbiologische Bauweisen lassen Vegetationssäume entstehen, die erwünschte Le­bens­­­­räume darstellen (Florineth, 2004).

10.4.5 Flechtzaun Ein Flechtzaun kann die frühere Uferlinie eines Uferanbruches in nicht geschiebeführenden Fließgewässern mit Wassertiefen von bis zu 60 cm bei Mittelwasser wieder herstellen. Hierzu schlägt man entlang der früheren Uferlinie Pflöcke aus Rundholzstan­gen im Abstand von etwa 80 bis 100 cm etwa 50 cm tief in die Gewässersohle. In den Drittelpunkten dazwischen werden kleinere, schwächere Pflöcke (sog. Spieker) eingerammt (s. Bild 10.13). Zur Herstellung des Zaunes werden ausschlagsfähige Weidenruten mit den unteren, dickeren Enden etwa 30 cm schräg abwärts in die Sohle eingegraben und dann in Fließrichtung um Pflöcke und Spieker geflochten. Dort können diese nach Bedarf mit Rödeldraht fixiert werden. Der Flechtfortschritt läuft gegen die Fließrichtung des Wassers. Es muss eng geflochten werden, da der Flechtzaun zumindest zum Teil hinterfüllt werden muss. Ist der Zaun zu lückig,

Bild 10.13  Flechtzaun mit Hinterfüllung

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10  Naturnahe Gestaltung

kann das Bo­denmaterial wieder ausgespült werden. Der Flechtzaun muss über den Mittelwas­serspiegel herausragen. Die Hinterfüllung sollte den Mittelwasserspiegel erreichen. Nach dem Ausschlagen der Pflanzen entsteht aus dem Flechtzaun ein Weidensaum. Die beste Zeit zum Bau von Flechtzäunen ist der Winter und das zeitige Frühjahr, vor Beginn der Weidenblüte. Ein ständig submerser Flechtzaun wird vielleicht austreiben, aber nicht auf Dauer anwachsen. Ist die Fläche des Uferabbruches größer, so muss diese nicht vollständig verfüllt werden, da sich diese Bereiche im Laufe der Zeit mit Sedimenten füllen. Durch Hinterfüllung und Sedimen­tation entstandene Flächen sind zu bepflanzen, da der Weidensaum nur eine be­grenzte Lebensdauer von 10 bis 15 Jahren hat. Flechtzäune sind reine Böschungsfußsicherungen. Höhere Ufer können nicht gesichert bzw. ausgebildet werden. Sie sind nur für Fließgewässer ohne größeren Geschiebetrieb geeignet, da sie sonst zu stark beschädigt und zerstört werden. Frü­her wurden Flechtzäune auch als Parallelverbau zum Uferschutz über größere Strecken eingesetzt. Das ist ungünstig, da die vom Flechtzaun gebildete­ Uferlinie geradlinig und verhältnismäßig glatt ist. Ein besser strukturiertes Ufer stellt sich erst durch Sukzession ein, wenn der Weidensaum des Flechtzaunes durch einen standorttypischen Gehölzsaum abgelöst wird. Es gibt auch Flechtzäune aus nicht austriebfähigem Material. Diese sollten aus den eben genannten Gründen vermieden werden. Sind sie nötig, sollten sie vollständig hinterfüllt und sofort bepflanzt werden. Die Wurzeln des Buschwerkes oder der Gehölze müssen die Schutzfunktion übernehmen, bevor der Flechtzaun verrottet ist.

10.4.6 Weidenspreitlage Eine Spreitlage ist eine naturnahe Bauweise zum Schutz von Uferböschungen (s. Bild 10.14 und Farbtafel 20 S. 434 unten). Für die Herstellung werden dünne, etwa 100 bis 250 cm lange, austriebsfähige Zweige und Ruten flächig verarbeitet. Sie werden auf der Böschung in Fließrichtung schräg aufwärts verteilt und mit Stangen, oder besser, niedrigen Flechtzäunen niedergehalten, wobei Letztere mit Pflöcken in der Böschung „vernagelt“ werden. Nach Fertigstellung wird die Spreitlage einige Zentimeter mit bindigem Bo­ den abgedeckt, damit diese bis zum Verwurzeln nicht austrocknet. An nach Sü­den exponierten Böschungen sollte die Abdeckung etwa 10 cm betragen. Bei Spreit­lagen ist der Böschungsfuß meist einzeln zu sichern, etwa mittels Faschinenwalze oder Steinwurf. Geeignetes Material für Spreitlagen sind wiederum schmalblättrige Strauchweiden (z. B. Korbweide – Salix viminalis), die auch als Buschwerk flexibel bleiben, sich bei Überströmung umlegen und im Stromstrich pendeln. In der hy­drau­lischen Berechnung sind Spreitlagen mit ihrer maximalen Vegetationsentwicklung zu berücksichtigen.

10.4  Sicherung gegen Seitenerosion, Längsverbau

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Bild 10.14  Weidenspreitlage mit einer Faschinenwalze als Böschungsfußsicherung

Aus Spreitlagen entstehen dicht bewachsene Uferböschungen, die Rückzugsund Lebensraum für eine Vielzahl von Tieren sind. Allerdings stellt sich für lange Zeit eine Weidenmonokultur ein, da in ihrem Dickicht fast keine an­dere Pflanzenart aufkommen kann. Sollen auch andere Arten, oder insbesondere Gehölze, eingebracht werden, so müssen diese bewusst in zu schaffende Lücken gepflanzt und solange gepflegt werden, bis diese den Weidenbestand überragen. Spreitlagen können Uferböschungen bis zu einer Neigung von etwa 1 : 1 oder etwas steiler sichern. Begrenzend ist die Standfestigkeit der Erdböschung vor dem Verwurzeln der Spreitlage.

10.4.7 Weidenbuschlage Steilere Böschungen, insbesondere auch aus rolligem Material, können mit Hilfe von Buschlagen ingenieurbiologisch aufgebaut werden. Hierzu werden mindestens 60 cm lange, bei völlig neu aufzuschüttenden Böschungen auch längere, austriebsfähige Zweige mit den dickeren Enden in den Boden so eingegraben, dass sie etwa 20 cm aus der Böschung herausschauen. Der Baufortschritt geht vom Böschungsfuß aus nach oben. Zunächst wird die unterste Berme mit leichtem Gefälle in den Hang hinein gegraben, die Zweige rautenartig überkreuzend eingelegt und mit dem Aushub der darüber

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10  Naturnahe Gestaltung

liegenden Berme verfüllt (s. Bild 10.15). Der Abstand der Buschlagen und die Tiefe der zu grabenden Berme richten sich nach der Standfestigkeit des Bodens und nach der Böschungsneigung. Bei sehr trockenen Böschungen werden die zum Hang geneigten Bermen ohne Längsgefälle, d.h. horizontal gegraben, so dass einsickerndes Wasser aufge­fangen und genutzt werden kann. In feuchten Hängen und nahe der Wasserwechselzone gibt man den Bermen ein Längsgefälle von zwei bis vier Prozent gegen die Fließrichtung des Fließgewässers, damit die Bermen entwässern können und keine Wassersäcke bilden, die zu Rutschungen entlang der Bermen­ innenkanten führen könnten. Besteht ein Längsgefälle in Fließrichtung, kann die aufgeloc­kerte Verfüllung der Bermen leichter ausgespült werden als gegen die Fließrich­­tung. Buschlagen stellen bereits nach ihrem Bau eine gewisse Armierung der ober­ sten Böschungsschichten dar. Volle Wirkung entfalten diese jedoch erst nach dem Verwurzeln. Sie „vernageln“ den Hang bis zur Tiefe der Wurzelbildung. Geeignetes Material sind wieder Zweige standorttypischer Strauchweiden. Um­ vital zu bleiben, müssten die Weiden alle fünf bis acht Jahre geschnitten werden. Ohne Pflege haben sie eine Lebensdauer von 15 bis 20 Jahren. Buschlagen­ begründen deshalb nur eine Pioniervegetation, die rechtzeitig mit tiefwurzelnden Gehölzen umzubauen ist. Hierzu eignen sich, je nach Nähe zum Gewässer, z. B. Ahorn (Acer spec.), Esche (Fraxinus excelsior), Traubenkirsche (Prunus padus), Vogelkirsche (Prunus avium), Faulbaum (Rhamnus frangula) und Roter Hartriegel (Cornus sanguinea). Hinsichtlich der Standorte wird auf

Bild 10.15  Buschlage zur Sicherung von steilen Böschungen

10.4  Sicherung gegen Seitenerosion, Längsverbau

285

Tabelle 11.2 verwiesen. Buschlagen sind auch in der Wildbachverbauung bewährte Bauweisen.

10.4.8 Böschungsrasen Böschungsrasen ist eine geeignete naturnahe Bauweise zum Schutz von flachen Böschungen (s. Kap. 11.1.1). Er kann durch herkömmliches Ansäen, durch Mulchsaat, Nasssaat und Ausbringen von Rollrasen angelegt werden. Vegetationsmatten sind verrottbare Geotextilmatten mit eingearbeitetem Samen, die einen Böschungsrasen entstehen lassen. Es kann aber auch durchaus sinnvoll sein, Böschungsflächen bei ausreichendem Samenpotenzial im Talraum nicht anzusäen, sondern ausschließlich der natürlichen Sukzession­ zu überlassen. Rasen ist eine einfache und preiswerte Bauweise. Es gibt fertige Rasenmischungen, aber auch Mischungen, die je nach Anforderungsprofil, selbst zusammen ge­stellt werden (s. Tabelle 11.1). Rasenansaaten schützen aber erst nach etwa ei­nem Jahr. Ein Böschungsrasen muss gepflegt, d.h. häufig gemäht werden, damit das Gras kurzgehalten wird und sich die Wurzeln entwickeln können. Ein bereits ver­festigter Rasen, ist am Besten durch Schafbeweidung kostengünstig zu pflegen. Ein dichter Böschungsrasen hält kurzfristig Fließgeschwindigkeiten von 1,5 bis 1,8 m/s stand. Die Schutzfunktion des Böschungsrasens wird geschwächt beim Einwandern von Neophyten, wie Herkulesstaude (Heracleum mantegazzianum) und Indischem Springkraut (Impatiens glandulifera) (DVWK-GfG, 1999a). Diese Pflanzen unterdrücken das Ra­senwachstum durch Lichtentzug (s. Kap. 4.2.5). Ein derart geschwäch­ter Rasen ist nicht so widerstandsfähig gegen Wassererosion, wie ein gut gepflegter, kurzer Böschungsrasen. Die genannten Neophyten kann man nur durch ständiges Mä­hen vor dem Ausreifen der Samen bekämpfen. Auch wenn die meisten Ufer ohne menschlichen Eingriff Auwaldgesellschaften oder Hochstaudenfluren beheimaten würden, so sind Böschungsrasen ökologisch durchaus positiv zu bewerten. Eine Vielzahl von Offenland-Arten, von Laufkäfern über Schnecken bis hin zu wiesenbrütenden Vogelarten, sind an solche Biotope gebunden. Rasengesellschaften mit Kräutern und Blütenpflanzen sind Lebensraum für eine weitaus höhere Artenzahl als dies bei gepflegten, technischen Rasen der Fall ist (Kraus, 1994; zur Anlage von Rasen – s. Kap. 11.1.1).

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10  Naturnahe Gestaltung

10.4.9 Gehölze Die Neubegründung von Gehölzen ist ein wichtiges Detail bei der Renaturierung unserer Gewässer. Unter natürlichen Verhältnissen wäre, von einigen Ausnahmen abgesehen, der größte Teil unserer Gewässer von Bach- und Flussauen be­gleitet. Gehölze bilden dabei die wichtigsten Vegetationsgesellschaften, so­ wohl in Uferstreifen als auch in Auen. Eine natürliche Gehölzzonierung an Fließgewässern beginnt an der Uferlinie. Hier sind dies in erster Linie Weiden oder Erlen. Weiter landwärts folgen Arten der Hartholzaue (s. Kap. 4.1.5). Für die Auswahl der Gehölze und deren Pflege ist die Kenntnis der natürlichen Auenzonierung hilfreich (DVWK-GfG, 1999b). Eine standortbezogene Zusammenstellung der wichtigsten Ar­­ten, ein­schließlich ihrer ingenieurbiologischen Eigenschaften, ist Tabelle 11.2 zu entnehmen. Zusätzlich können bei der Pflanzenauswahl noch bestimmte, z. B. den Gewässerabfluss beeinflussende Eigenschaften von Gehölzen berücksichtigt wer­den. So wachsen an natürlichen Gewässern mit überwiegenden Sommerhochwasser u. a. auch flexible, schmalblättrige Weiden (z. B. Korbweide – Salix vinima­lis), deren Zweige sich bei Überflutungen umlegen und der Strömung hin und her pendeln. Speziell an Fließgewässern werden für eine Gehölzansiedlung oftmals Steckhölzer oder Steckstangen in nichtbindigen Böden verwendet. Steckstangen (s. Bild 10.16) sind besonders große Steckhölzer, um z. B. die wei­tere Seitenerosion eines Prallhangs zu begrenzen. In entsprechendem Abstand von der Bruchkante werden Pflanzlöcher bis zur Höhe des Mittelwasser-

Bild 10.16  Steckstange in nichtbindigem Boden – bei bindigen Böden besteht die Gefahr einer Ausspülung

10.4  Sicherung gegen Seitenerosion, Längsverbau

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spiegels gebohrt oder gegraben. In die Löcher werden Weidenstangen gesteckt, die so lang sein müssen, dass diese noch etwa 50 bis 80 cm über das Gelände herausragen. Wichtig ist, dass das dickere Ende unten ist, d.h. die Stangen in Wuchsrichtung eingesteckt werden und die Knospen nach oben zeigen (s. Bild 10.16). Die Löcher werden lagenweise mit dem Aushub verfüllt und immer wieder ein­geschlämmt, damit keine Hohlräume bleiben. Die Steckstange wird über die gan­ze Höhe Wurzeln schlagen und oben austreiben. Die Wurzelbildung ist im feuch­ten Milieu, also im Bereich des Grundwasserspiegels, am kräftigsten. Schreitet die Seitenerosion fort, so trifft sie vor dem Weidensaum auf ein von den Wurzeln verfestigtes Erdreich, wird abgebremst und, wenn nicht zu hoher Ge­schiebetrieb stattfindet, ganz unterbunden. Der Abstand der Steckstangenpflanzung zur Bruchkante des Prallufers ist aus Gründen der Arbeitssicherheit nötig, aber auch, damit genügend Zeit für eine intensive Wurzelbildung bleibt. Bei Grundwasserflurabständen bis zu 1,50 Meter reicht auch eine normale Pflanzung an der Geländeoberfläche. Bei größeren Flurabständen würden Erle, Weide und andere Ufergehölze Pfahl- und Senkerwurzeln bilden, um das Grundwasser zu erreichen, aber kein dichtes Herzwurzelsystem (Binder, 1989). Bei An­nähern der Seitenerosion würde der Hauptwurzelhorizont unterschnitten und der Baum in das Gewässer fallen. Weiden-Steckstangen vermeiden dieses Risiko. Uferstreifen mit Gehölzen sind hervorragende Bauweisen zur naturnahen Gestaltung von Gewässern. Sie beschatten das Gewässer, stabilisieren das Ufer, bieten Lebens- und Rückzugsraum für eine Vielzahl von Pflanzen und Tieren, sind Retentions- und Abstandsflächen entlang der Gewässer und gliedern den Talraum (Kraus, 1984, DVWK, 1997a).

10.4.10 Steinverbau Ein Steinverbau zur Ufersicherung gegen Seitenerosion ist dort erforderlich, wo eine freie Entfaltung des Fließgewässers nicht möglich ist und ingenieurbiologische Maßnahmen nicht ausreichen. Das ist insbesondere dann der Fall, wenn steile Uferböschungen vorliegen und das Mittelwasser so tief ist, dass die Gehölzwurzeln nicht bis zum Böschungsfuß reichen; ferner, wenn z. B. Geschiebetrieb, hohe Schubspannungen oder Wellenschlag (etwa durch Flussschifffahrt) Pflanzenwachstum verhindern. Es gibt aber auch Beispiele, etwa an der mittleren Elbe, wo Gehölze auch als Uferschutz an schiffbaren Flüssen ausreichen. Die Größe bzw. das Gewicht des einzelnen Steines muss der örtlich auftretenden Schubspannung entsprechen und die Steingröße zur Kornverteilung des Soh­len- bzw. Böschungssubstrats passen, ggf. ist ein Filter bzw. Filtervlies zwischen Böschung und Steinen einzubauen (Schleiss, 2000). Wie im technischen Flussbau, ist auf eine ausreichende Einbindung und Tiefe des Böschungsfußes zu achten. Die Erosion der Gewässersohle durch die Spiralbewegung des Wassers vor einem insgesamt doch verhältnismäßig glat-

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10  Naturnahe Gestaltung

ten Längsverbau darf nicht unterschätzt werden. Daraus folgt z. B., dass das Funda­ment ei­nes Steinverbaus an großen Flüssen mindestens 1,50 bis 2,00 m unter die Sohle einzugraben ist. Im unteren Bereich sollten die größten Steine eingebaut werden. Auch wenn keine echten Buhnen geplant sind, sollten im Fundamentbereich große Blöcke immer wieder spornartig vorgezogen werden, um den Längsverbau möglichst rau zu gestalten. Die Steingröße kann mit der Höhe der Bö­schungs­ sicherung reduziert werden, da die Schubspannung mit geringerer Wassertiefe abnimmt. Auch der landseitige Übergang vom Steinverbau zur anschlies­­senden Böschungssicherung ist möglichst rau und verzahnt auszuführen. Bei linienhafter, glatter Begrenzung kann sich dort eine bevorzugte Strömungsrinne mit höherer Fließgeschwindigkeit einstellen, die zur Erosion der oberhalb liegenden Böschung führen kann. Endet der Steinverbau im Mittelwasserbereich, kann ein Röhrichtsaum an­ schließen. Muss die Steinsicherung höher gezogen werden als der Mittelwasserspiegel, so bietet sich im Anschluss ein Saum aus Weiden an. Dieser kann durch Steckholzpflanzungen in den Zwischenräumen der obersten Steinreihen in den Längsverbau einbezogen werden. Eine solche Konstruktion ist von Vorteil, da die Gehölzwurzeln die Steine mit der Böschung gleichsam „verdübeln“. Oberhalb des Steinverbaus ist eine Weidenspreitlage die geeignete Böschungssicherung. Auch wenn das Ufer wegen der hydraulischen Leistungsfähigkeit nur mit Hilfe von Böschungsrasen gesichert werden darf, ist der Übergang rau und verzahnt zu gestalten. Steinsatz

Große Steine und Steinblöcke mit einer Kantenlänge von mehr als etwa 80 cm und einer Masse von mehr als 1,2 t, sind mit Hilfe schwerer Hydraulikbagger als Steinsatz einzeln zu verlegen (s. Bild 10.17 und Farbtafel 23 S. 437 oben). In extremen Fällen wird bei alpinen Gewässern sogar der Einbau von Elementen aus dem Küstenschutz (Wellenbrecher) empfohlen (Bezzola, 2005). Hydraulikbagger arbeiten üblicherweise bei Niedrigwasser im Gewässerbett. Die erforderliche Baustraße, auf welcher der Bagger steht und auf der Lkws die Steine antransportieren, wird aus dem Fundamentaushub und ggf. aus zusätzlichem Sohlensubstrat geschüttet (s. Bild 10.18). Das Kiesmaterial der Baustraße wird dazu verwendet, große Hohlräume zwi­schen den Steinen bzw. dem gesetzten Steinufer und der Arbeitsböschung zu verfüllen. Das vorhandenene Feinmaterial wird später vom Wasser so lange weg­gespült, bis sich ein Stützgerüst ausgebildet hat. Auf diese Weise wird die Baustraße mit dem Arbeitsfortschritt wieder rückgebaut. Überschüssiges Material wird im Flussbett belassen und ggf. grob verteilt. Es ist darauf zu achten, dass durch den Steinsatz keine glatte, mauerwerksartige Ufersicherung entsteht. Im Gegenteil, aus ökologischen Gründen und zur Ver­minderung der Erosion entlang des Böschungsfußes, soll ein ungleichmäßiger, rauer Längsverbau entstehen.

10.4  Sicherung gegen Seitenerosion, Längsverbau

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Bild 10.17  Steinsatz (oben); Steinsatz mit Steckholz (unten)

Steinwurf

Kleine Steine mit Kantenlänge unter etwa 60 cm und einer Masse von ca. 0,5 Tonnen werden üblicherweise vom Lkw oder von einer Feldbahn von oben über die Bö­­schung gekippt oder mit Hilfe eines Baggers über der Böschung abgeworfen. Diese Einbaumethode wird als Steinwurf oder Steinberollung bezeichnet. Auch hier ist ein ausreichend tiefes Fundament auszubilden und, je nach anstehendem Boden, ggf. ein Filter einzubauen.

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10  Naturnahe Gestaltung

Bild 10.18  Hydraulikbagger im Einsatz

Der Steinwurf ist aufgrund der geringeren Steingröße weniger widerstandsfähig als ein Steinsatz und kann daher nur bei niedrigen Schubspannungen eingesetzt werden. Im Vergleich zum Steinsatz ist ein Steinwurf jedoch wesentlich preiswerter, weil kleinere Steine billiger sind, der Baubetrieb einfacher und der Baufortschritt rascher ist. Steinschüttung und Steinpflaster

Stehen, ggf. aus Kostengründen, nur sehr kleine Steine mit Kantenlängen um 15 bis 20 cm zur Verfügung, die mehrlagig als Steinschüttung verarbeitet werden, ist die Grenze naturnaher Bauweisen überschritten. Solche kleine Steine widerstehen nur geringen Schubspannungen, so dass auch eine ingenieurbiologische Si­cherung ausreichen würde. Steinpflaster, eventuell sogar mit Fugenverguss, Ver­­mörtelung oder im Unterbeton, sollten im naturnahen Wasserbau nicht eingesetzt werden. Steinwurf mit Steckhölzern

Je nach Verbauungsziel und Einsatzort bietet sich auch eine Kombination von Tot- und Lebendverbau an. Die Natur kennt eine solche gegenseitige Unterstützung, insbesondere an der Uferlinie. In geschiebeführenden Gewässern

10.4  Sicherung gegen Seitenerosion, Längsverbau

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dringen Bäume, insbesondere Erlen und Weiden, soweit an das Gewässer vor, dass ihr Wurzelwerk das Substrat verfestigt. Der ständige Schliff (Abrasion) durch häufige Sandverfrachtung bzw. Geschiebetransport bei bettbildenden Abflüssen verhindert ein zu weites Vordringen von Gehölzen in das Flussbett. Die Wechselwirkung der dynamischen Kräfte bzw. das Zusammenspiel von nicht mehr verfrachtetem Substrat und Gehölzen gestaltet das Ufer. Die Anwendung dieser natürlichen Vorbilder im naturnahen Wasserbau ist der Steinwurf oder Steinsatz mit großen Wasserbausteinen, in dessen Lücken Weidensteckhölzer gesteckt werden. Solche kombinierten Bauweisen kommen überwiegend dort zum Einsatz, wo potenziell natürlich Pflanzen vorkämen, die be­son­deren Anforderungen jedoch eine stärkere Sicherung verlangen. Trockenmauer

Ist wegen beengter Platzverhältnisse eine Ufermauer erforderlich, kann eine Trockenmauer ohne Vermörtelung oder Unterbeton noch als naturnahe Bauweise akzeptiert werden. Die Fugen sollten möglichst breit belassen und mit Rasen ausgestopft werden. Auch eine Trockenmauer ist eine klassische Kombination von lebendem und totem Baustoff. Ökologisch ist ein Steinverbau um so höher zu bewerten, je größer die Steine und je rauer, unregelmäßiger ihr Verbund ist, weil damit die Hohlräume an­ wach­sen. Unter Wasser entstehen unterschiedliche Strömungsmuster und Rückzugsräume für eine Vielzahl von Tieren. Über den Wasserspiegel herausragende Steine sind ideale Ansitzwarten für Bachstelze (Motacilla alba) und Wasseramsel (Cinclus clincus). Ein Steinverbau über dem Wasserspiegel bietet Versteck- und Fluchträume, insbesondere wenn er rau und voller Hohlräume ist, erschwert aber amphibisch lebenden Tieren den Zugang zum Gewässer. Verbauungen aus losen Steinen sind flexibel, rutschen bei Sohleneintiefung nach und erfüllen dann immer noch ihren Zweck. Sie können zudem leicht ergänzt oder ausgebessert werden. Die Belastbarkeit der verschiedenen Bauweisen zur Böschungs- und Ufersicherung ist unterschiedlich zu bewerten. Die kritischen Schubspannungen bzw. Fließgeschwindigkeiten (s. Kap. 8.4), ab denen eine Zerstörung der Sicherungsmaßnahmen zu erwarten ist, basieren vornehmlich auf Erfahrungswerten unter besonderen Randbedingungen. Sie weisen deshalb eine gewisse Bandbreite auf (s. Tabelle 10.1). In Abhängigkeit von der berechneten Schubspannung (s. Kap. 8.4) ist eine geeignete Bauweise auszuwählen, die die Stabilitätskriterien erfüllt.

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10  Naturnahe Gestaltung

Tabelle 10.1  Kritische Schubspannungen τcr bzw. Geschwindigkeiten vcr für verschiedene Sicherungsmethoden des naturnahen Wasserbaus (s. Dittrich, 1995) Böschung aus:

Rasen, kurze Uberflutungszeit lange Überflutungszeit Röhrichtwalze Weidenfaschine, Senkfaschine, Reisiglagen Weidenspreitlage Rollierung (Kies 0–50 mm) Steinwurf Steinwurf mit Weidenstecklingen großer Steinwurf grober Steinsatz

kritische Schubspannung τcr [N/m2]

kritische Geschwindigkeit ver [m/s]

20–50 15–20 50 60–80 150–300 70–100 100–200 100–150 200–240 200–300

1,8–2,0 1,5 2,0 2,5–3,0 3,5–4,0 2,5–3,2 3,5–4,0 3,0–3,5 4,0–6,0 4,0–6,5

10.5 Sicherung gegen Seitenerosion, Buhnen Buhnen sind dammartige, massive Bauwerke, die quer im Gewässerbett liegen, jedoch nicht über die gesamte Gewässerbreite reichen (s. Farbtafel 25 S. 439 oben). Durch die Einengung des Querschnittes wird die Durchflussbreite verringert und damit die Wassertiefe erhöht. Die vergrößerte Fließtiefe bewirkt erhöhte Schubspannungen, so dass die Gewässersohle im unverbauten Profilbereich stärker eingetieft wird. Die Sohlenerosion dauert solange an, bis sich ein neuer Gleichgewichtszustand zwischen angreifender Strömung und Sohlenmaterial eingestellt hat. Unterschieden wird zwischen inklinanten (stromaufwärts gerichtete), deklinanten (stromabwärts gerichtete) und rechtwinkligen (im rechten Winkel zur Streichlinie gerichtete) Buhnen (s. Bild 10.19). Deklinante Buhnen lenken bei einer teilweisen Überströmung des Buhnen­ kör­pers die Strömung zur Flussmitte. Mit zunehmender Überströmung wird die Strö­mung allerdings verstärkt auf das Ufer gerichtet, so dass die stromabwärts gelegene Uferböschung in der Regel gesichert werden muss. Zur Ufersicherung sind deklinante Buhnen daher nicht geeignet. Durch deklinante Buhnen können jedoch eigendynamische Entwicklungsprozesse (s. Kap. 10.1) eingeleitet werden, so dass diese Bauform im naturnahen Wasserbau durchaus Verwendung findet. Rechtwinklige Buhnen wirken überwiegend neutral. Wichtig ist grundsätzlich ein gutes Einbinden der Buhnenwurzel in die Uferböschung sowie ein massives Ausbilden und Absenken des Buhnenkopfes unter die Sohle, da der Buhnenkopf dem größten Strömungsdruck ausgesetzt ist (s. Bild 10.19). Inklinante Buhnen lenken die Strömung bei einer teilweisen Überströmung auf das Ufer und können deshalb oberstrom der Buhne zu Uferangriffen führen. Die Buhnenwurzel sollte aus diesem Grunde mit einer Ufersicherung ober-

10.5  Sicherung gegen Seitenerosion, Buhnen

293

Bild 10.19  Bauweisen und Strömungsbilder von Buhnen

strom der Buhne ergänzt werden. Mit steigendem Wasserstand und beginnendem Überfall über die Buhne wird die Hauptströmung stromabwärts von der Buhne zur Flussmitte hin abgelenkt. In den strömungsberuhigten Buhnenfeldern (zwischen den einzelnen Buhnen) kommt es zu den teilweise angestrebten Ver­lan­dun­­gen. Hinweise zur rechnerischen Ermittlung der Sohlenveränderungen finden sich bei Spannring & Seus (2000) sowie Weber et al. (2000).

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10  Naturnahe Gestaltung

10.5.1 Buhnen aus Steinen Steinbuhnen werden entsprechend den Schubspannungsanforderungen des Ge­ wässerabschnittes aus Schüttsteinen oder einzeln versetzten, großen Steinen bis ca. 5 t Gewicht erstellt. Stehen sie am Ufer genau gegenüber, engen sie den Fließquerschnitt ein, erzeugen dadurch höhere Fließgeschwindigkeiten und Schubspannungen, was in der Tendenz zu einer Sohleneintiefung führt. Werden die Buhnen an beiden Ufern versetzt angeordnet, so betonen diese ei­ne mäandrierende Fließbewegung und helfen, damit einen gewundenen Ge­ wäs­serverlauf auszubilden. Einzelne Buhnen halten den Hauptstromstrich vom Ufer weg. Die Tiefenerosion unmittelbar am Ufer wird dadurch vermindert. Ist der Ab­stand der Steinbuhnen derart bemessen, dass die Hauptströmung etwa mittig auf die nächste unterstrom liegende Buhne trifft, so sind Buhnen ein vorzüglicher Uferschutz. Steinbuhnen sind, wie alle, aus einzelnen, nicht vermörtelten Steinen erstellte Bauwerke, sehr flexibel. Beobachtete Auswirkungen können durch Hinzufügen oder Wegnehmen von Steinen leicht korrigiert werden. Die Beschleunigung der Strömung am Buhnenkopf lässt, wie an einem „Belebungsstein“, örtlich Kolke und gröberes Sohlensubstrat entstehen. In den Feldern zwischen den Buhnen bilden sich Still- und Kehrwasserbereiche aus, die sich durch Sedimentation von Feinmaterial auszeichnen. Im Flussschlauch selbst, ist meist sortiertes Sohlensubstrat zu finden (s. Bild 10.20).

Bild 10.20  Kiesbänke zwischen zwei Buhnen (Aufnahme bei Niedrigwasser)

10.5  Sicherung gegen Seitenerosion, Buhnen

295

Da naturnah gestaltete Buhnen die Strukturvielfalt der Fließgewässer erhö­ hen und somit zusätzliche Lebensräume schaffen, sind sie ökologisch hoch einzustufen (s. Farbtafel 23 S. 437 unten)

10.5.2 Dreiecksbuhnen aus Steinen (Steinsporne) Steinsporne sind einfache Buhnen aus großen Wasserbausteinen, die mit einem Fundament in die Sohle und in das Ufer eingebunden werden (s. Kap. 11.2). Aufgrund ihrer gedrungenen, zum Ufer hin verbreiterten Grundrisse werden Steinsporne häufig auch Dreiecksbuhnen genannt (s. Bild 10.21). Das Verhältnis Länge in den Fluss zu Breite entlang der Uferlinie reicht bei Steinspornen von 1 : 1 bis 2 : 1. Die räumliche Gestalt ist als liegender Pyramidenstumpf zu beschreiben, dessen Basis ins Ufer eingebunden ist und dessen abgestumpfte Spitze zum Gewässer hin zeigt. Das Wasser umspült diesen räumlichen Körper und bildet unterschiedliche Strömungsbereiche aus. Die Anströmung der Buhne ist relativ gleichförmig und verläuft aufgrund der Dreiecksform etwa im rechten Winkel auf diese zu. Deshalb reicht die Sedimentation, die z. B. von einer oberstrom liegenden Buhne ausgelöst wird, meist bis an den Buhnenkörper heran. Am Kopf des Sporns bildet sich ein tiefer Kolk aus, dessen Sohle aus groben Substrat besteht. In diesem Bereich entstehen die höchsten Fließgeschwindigkeiten, so dass dort die Einbindung in die Sohle besonders wichtig ist. Mit steigendem Wasserspiegel wird der Steinsporn überspült, was zu einem Abfluss wie über einen rauen Wehrrücken führen kann. Aufgrund der Dreiecksform des Buhnenkörpers wird der Strahl vom Ufer weggeleitet, d. h. der Steinsporn wirkt wie eine inklinante Buhne und die Gefahr von Ufererosion ist gering. Unmittelbar hinter dem Steinsporn bildet sich ein Kolk, der zum Ufer

Bild 10.21  Steinsporn

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10  Naturnahe Gestaltung

hin verläuft, d. h. das Sedimentationsfeld reicht von unterstrom meist nicht bis an den Buhnenkörper heran. Auch in alten Wasserbau-Lehrbüchern werden schon Dreiecksbuhnen be­ schrieben und in ihrer Wirkung positiv bewertet (Wiebeking, 1811). Dort sind sie nicht geschlossene, geschlichtete Steingebilde, sondern innen offen. Sie werden als „Fangkribben“ bezeichnet. Die Sedimentationsbereiche zwischen zwei Buhnen sind entsprechend der un­­terschiedlichen Strömungsbereiche strukturiert. Die Wasseroberfläche ist ku­ gel­förmig aufgewölbt und reicht in der Mitte zwischen zwei Spornen aufgrund der dort gleichförmigen, nicht beschleunigten Fließgeschwindigkeit häufig weiter in den Fluss hinein, als die Verbindungslinie zweier Buhnenköpfe. Grobes Substrat lagert sich in der Nähe der Buhnenköpfe und zur Seitenlinie hin ab. Unmittelbar nach dem Bau sind Steinsporne „nackte“ Bauwerke, die als „Steinhaufen“ wie Fremdkörper im Gewässer wirken. Aufgrund von Feststoffverfrachtungen bei höheren Abflüssen werden sie jedoch schnell verfüllt. Unter der Mittelwasserlinie wird das Feinsubstrat immer wieder weggespült, so dass Hohlräume zwischen den großen Wasserbausteinen auf Dauer erhalten bleiben. Oberhalb des Mittelwasserstandes sammelt sich Feinmaterial, während sich Ge­­­schwemmsel, Totholz und Laub auf der Buhnenwurzel ablagern. Diesen Be­ reich erobern bald Pionierpflanzen. Mit der Zeit wandern Erlen und Weiden ein (s. Farbtafel 25 S. 439 unten). So entsteht im Bereich der Mittelwasserlinie ein ge­schwungener Vegetations- und Gehölzsaum. Diese Entwicklung kann dadurch beschleunigt werden, indem die Steinsporne beim Bau mit Sohlenmaterial überschüttet werden, das bei höherem Wasserstand eingespült wird und im Bereich der Buhnenwurzel bindiges, humushaltiges Material hinzufügt. Ebenso wie um die gesamte Dreiecksbuhne, bilden sich um jeden einzelnen Stein, unterschiedliche Strömungsmuster aus mit einem entsprechenden An­ strömbereich, hohen Strömungsbelastungen an den dem fließenden Wasser zu­ ge­wandten Flächen und Kanten sowie Fließschattenbereichen mit Turbulenzen und örtlichen Kehrwassern im Abströmbereich. Diese Bereiche sind bevorzugte Lebensräume für viele strömungsliebende Arten. Die Sedimentfelder zwischen den Steinsporen dienen unterschiedlich­ sten Interstitial-Arten. In Verbindung mit Vegetationsgürteln im Uferbereich sind diese sortierten Sedimentationsfelder mit ihren gut ausgebildeten, unterschiedlichen Strömungsbereichen wichtig, z. B. für das Aufkommen von Fließwasser-Libellen.

10.5.3 Buhnen aus Wurzelstöcken Einfache naturnahe, buhnenartige Ufersicherungen sind Wurzelstockbuhnen. Hierzu werden Wurzelstöcke mit dem Wurzelwerk zum Wasser und mit dem Stammansatz zum Ufer hin am Böschungsfuß etwa in Höhe zwischen Niedrigund Mittelwasserstand eingegraben. Im Bereich der Uferböschung werden sie

10.5  Sicherung gegen Seitenerosion, Buhnen

297

Bild 10.22  Wurzelstockbuhne mit Steinen beschwert

mit Wasserbausteinen beschwert und mit Erdreich abgedeckt (s. Bild 10.22 und Farbtafel 24 S. 438 oben). Das in den Wasserkörper hineinreichende Wurzelwerk ist ein hervorragender Unterstand und Zufluchtsort für viele Wassertiere und verbessert in un­ seren häufig ausgeräumten Fließgewässern die Habitatbedingungen (s. Kap. 4). Frisch eingebaute Wurzelstöcke von Weiden und Erlen schlagen meist wieder aus. Ist dies nicht erwünscht, so sind abgelagerte, ausgetrocknete, und somit abgestorbene Wurzelstöcke zu verwenden. Gut eingegrabene Wurzelstöcke halten auch größeren Hochwasserabflüssen stand. Die Steinauflast erhöht diesen Effekt, vor allem aber dient sie der Ufersicherung, wenn der Wurzelstock nach 20 oder mehr Jahren einmal vermodert ist. Übrig bleibt eine verwachsene, örtlich mit Steinen gesicherte, nischenartige, et­was steilere Uferböschung. Für die Ausführung sind schwere Hydraulikbagger nötig, die bei Niedrigwasser vom Gewässer her arbeiten.

10.5.4 Flechtwerksbuhnen Flechtzäune entsprechend Kap. 10.4.5 können auch als Flechtwerksbuhnen verarbeitet werden. Hierzu wird der Zaun vom Wasser her in Richtung Uferböschung geflochten (s. Bild 10.23 und Farbtafel 24 S. 438 unten). Zweckmäßigerweise verwendet man als Befestigungspflöcke ausschlagsfähige Setzhölzer. Der Buhnenkopf sollte durch einige vom Flechtwerk unabhängige Pflöcke zusätzlich gesichert werden. Es soll erreicht werden, dass die Flechtwerksbuhne austreibt und einen Weidensaum von der Uferböschung in das Ge­wässer hinein bildet. Das gelingt jedoch nur, wenn bei geringer Wassertiefe oder im Be­reich der Flechtwerksbuhne rasch Sedimentation eintritt. Stän-

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10  Naturnahe Gestaltung

Bild 10.23  Flechtwerksbuhne

dig submer­se Weiden werden nicht überleben. Auch Sandschliff kann das Austreiben und Über­leben der Weiden beeinträchtigen. Eine nicht ausgetriebene Flechtwerksbuhne aus Totholz schützt das Ufer für die Zeit ihrer Lebensdauer, insbesondere dann, wenn diese Sedimentation auslöst. Flechtwerksbuhnen als ingenieurbiologische Maßnahmen sind bei der Planung und bei den hydraulischen Berechnungen mit ihrer maximalen Vegetationsentwicklung zu berücksichtigen.

10.5.5 Steinkastenbuhnen Steinkastenbuhnen werden in kombinierter Bauweise aus Holz und Steinen er­ rich­tet (s. Bild 10.24). Dazu werden Rundhölzer mit einem Durchmesser von etwa 15 bis 20 cm mit schwächeren Rundholzabschnitten als Querzangen verbunden, lagenweise mit Steinen ausgefüllt, beschwert und so Schicht auf Schicht zu einer räumlichen, kastenartigen Buhne aufgebaut. Die unterste Holzlage wird mit leichtem Gefälle vom Ufer zur Flussmitte hin in die Sohle eingegraben. So erhält die Oberfläche der Buhne das gewünschte Gefälle zum Fluss hin. Wird für den Bau der Steinkastenbuhnen Totholz verwendet, so entstehen übliche Buhnen in kombinierter Bauweise aus Holz und Stein und mit den in Kap. 10.5.1 beschriebenen Wirkungen. Als Baukörper selbst sind Steinkastenbuhnen von großem ökologischem Wert,­ da sie sowohl im aquatischen als auch im amphibischen oder terrestrischen Bereich Zufluchts-, Überwinterungs- und Lebensraum für eine Vielzahl von Tieren sind. Da sie aber als relativ gleichförmige, geometrische Gebilde optisch in Erscheinung treten, sollten sie, zumindest an stärker frequentierten Flussufern, nicht zu weit über den Mittelwasserspiegel hinausragen.

10.6  Sicherung gegen Tiefenerosion

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Bild 10.24  Steinkastenbuhne

Werden Erlen und Weiden als Baustoff verwendet und hiebfrisch verarbeitet, so werden diese ausschlagen. Die Buhnen sind dann nach wenigen Jahren nicht mehr als Bauwerk zu erkennen. Vielmehr stellen sie Gehölzriegel dar, die von der Uferböschung zum Gewässer hin wachsen. Ökologisch betrachtet sind Steinkastenbuhnen mit Lebendholz noch wertvol­ler, als solche aus Totholz. Derartige Buhnen können auch über dem Mittelwasser­spiegel als Vorland- oder Hochwasserbuhnen gebaut werden, um z. B. den Stromstrich von einem Hochwasserdeich fernzuhalten. Sie werden dann am Deichfuß sitzen, müssen in diesen einbinden und gleichermaßen ins Vorland eingegraben sein, damit sie ausschlagen. Die Sicherheit des Deiches darf aber nicht beeinträchtigt werden. In der hydraulischen Berechnung müssen Steinkastenbuhnen in ihrer maximalen Vegetationsentwicklung berücksichtigt werden.

10.6 Sicherung gegen Tiefenerosion Tiefenerosion tritt in natürlichen Fließgewässern in gestreckten Flussläufen auf, wo das Schubspannungspotenzial aufgrund des hohen Gefälles größer ist als die Widerstandskraft der Gewässersohle. Ursache für die Tiefenerosion in anthro­ pogen veränderten Gewässern ist insbesondere das erhöhte Gefälle und die star­ke Einschnürung, die zur Zerstörung der vorhandenen Sohlenstrukturen und zur Eintiefung führen (Weichert, 2007). Ist daran grundsätzlich nichts zu ändern (s. Kap. 10.1 und 10.2), so muss das Gewässerbett gegen weitere Tiefenerosion gesichert werden.

300

10  Naturnahe Gestaltung

10.6.1 Totholzschwellen In natürlichen Gewässern fallen Bäume und Äste in das Gewässerbett. Die Strömung spült die Materialien häufig so zusammen, dass diese quer über der Sohle liegen und dort zu Abflusshindernissen werden. Durch den Rückstau findet Sedimentation statt, so dass weitere Äste und Zweige hinzugespült werden. Solche Ansammlungen von Totholz verbessern die Gewässerstruktur (s. Kap. 3.3 und 4.1.4). Zudem bilden sich regelrechte Schwellen aus, welche die Sohle stabilisieren. Ähnliche Wirkungen haben Biberdämme (s. auch DVWK, 1997c). Diese Beobachtungen können im naturnahen Wasserbau umgesetzt werden, indem bewusst Bäume in das Gewässer gefällt werden. Sie müssen länger sein, als die Gewässersohle breit ist, damit sie sich verkeilen können und nicht abgetrieben oder ans Ufer geschwemmt werden. Zusätzlich kann der Baum beidseitig festgehängt werden, wie dies beim Rauhbaum (s. Kap. 10.4.2) erfolgt (s. Bild 10.25). Auch gibt es die Möglichkeit, den Baum mit großen Ankersteinen zu beschweren. Nadelbäume haben eine dichtere Krone, die länger flexibel und biegsam bleibt. Sie bewirkt eine schnellere Auflandung. Die ökologischen Gesichtspunkte von Rauhbäumen gelten ebenso (s. Kap. 10.4.2). Durch den Sedimentschliff haben Querbäume eine geringere Lebensdauer als Rauhbäume.

Bild 10.25  Totholzschwelle zur Eindämmung der Tiefenerosion

10.6  Sicherung gegen Tiefenerosion

301

10.6.2 Sohlen- und Grundschwellen Sohlenbauwerke sind Bauwerke quer zur Fließrichtung. Als Sohlenschwelle oder Sohlenriegel schließen sie bündig mit der Flusssohle ab, während Grundschwellen über die Sohle hinausragen. Sohlenbauwerke werden im naturnahen Wasserbau aus einzelnen Steinen, möglichst ohne Verwendung von Mörtel und Beton, gesetzt (s. Bild 10.26 und Farbtafel 26 S. 440 unten). Für die Einbautiefe und Fundamentierung gelten die Ausführungen in Kap. 10.4.10. In naturnahen Gewässern mit Umlagerung von Sohlensubstrat werden oberstrom von Grundschwellen Feststoffe sedimentiert. Während der Sohlen­ umlagerung wirken Sohlenbauwerke als Querbauwerke, hinter denen sich ein Kolk entwickelt, der sichtbar bleibt, sobald die Sohle wieder zur Ruhe kommt. Deshalb sind Sohlen- und Grundschwellen in naturnahen Gewässern nicht eindeutig zu trennen bzw. zu unterscheiden. Aus Gründen der Durchgängigkeit sollte eine Schwellenhöhe von 10 bis 20 cm nicht überschritten werden. Zur zusätzlichen Stabilisierung von Schwellen, insbesondere um kleinere Steine auch bei Hochwasser mit tiefreichender Sohlenumlagerung zu halten, werden unterstrom der Bauwerke oft Pilotenreihen geschlagen. Der Abstand der Piloten muss dazu kleiner sein, als der Steindurchmesser. Sie sollten möglichst tief eingeschlagen werden, da es unschön ist, wenn sie sichtbar sind oder gar über die Steine herausragen. Letzteres kann leicht passieren, falls sich die Steine nach dem Einbau noch eingraben. Auf jeden Fall stellen herausragende Schienen eine Gefahr dar. Spundwände zur Stabilisierung der Bauwerke behindern die Durchströmung des Interstitials. In alpinen Flüssen mit hoher Abtragsenergie werden Sohlenbauwerke da­ durch stabilisiert, dass die einzelnen Steine mittels Stahlseilen zusammenge-

Bild 10.26  Stabilisierung eines Gewässers durch eine Grundschwelle

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10  Naturnahe Gestaltung

Bild 10.27  Bogenförmige Sohlenschwelle

hängt werden. Dadurch können einzelne Steine nicht ausgebrochen werden, was die Zerstörung des gesamten Bauwerks zur Folge hätte. Sohlengurte sollten unterschiedlich gestaltet werden. Gleichartige Bautypen, die oft wiederholt werden, wirken monoton. Bogenartig nach oberstrom gewölbte Sohlengurte erzeugen einen Kolk im Zentrum des Bogens, der relativ weit stromab reichen kann. Der Kolkbereich ist daher immer besonders zu sichern. Solche horizontalen „Bogengurte“ sind relativ stabil, da sich Stein auf Stein ab­stützen kann (s. Bild 10.27). Bewährt haben sich auch brillenförmige Schwellen. Dabei werden von den Ufern zur Flussmitte hin taschenförmig zwei Steinreihen mit jeweils nur der Hälfte des Sohlengefälles gesetzt und derart miteinander verbunden, dass quasi zwei Brillengläser entstehen. In Flussmitte bzw. im Hauptstromstrich läuft nur eine Stein­reihe durch. Unterstrom bildet sich ein Kolk aus. Ökologisch wirken sich Sohlenschwellen dann positiv aus, wenn möglichst große Steine verwendet werden, damit sich größere Hohlräume ergeben.

10.6.3 Sohlenrampen Gefällestufen gibt es in allen natürlichen Fließgewässern. Sie sind jedoch nur selten als lotrechte Sohlensprünge, z. B. als Wasserfälle über Felswände, ausgebildet. Üblicherweise liegen sie als Querbarrieren vor, d. h. als quer zur Strömung liegende Schwellen in Form von Sand- und Kiesbänken, Stromschnellen

10.6  Sicherung gegen Tiefenerosion

303

oder Katarak­ten. Der Abbau des Höhenunterschiedes ist dann auf eine gewisse Fließlänge verteilt. Zu diesen Steilstrecken gehört zwangsläufig gröberes Substrat, als die natürli­che Kornverteilung in den anschließenden flacheren Gewässerabschnitten aufweist. Mit Ausnahme der Wasserfälle sind natürliche Gefällestufen i. a. keine Wande­rungsbarrieren für ständig an das Wasser gebundene Organismen. Sie sind zu­mindest zeitweise, d.h. bei geeigneten Abflussverhältnissen, z. B. von Fischen, Schnecken und Muscheln, überwindbar. Im technischen Wasserbau werden Gefällestufen meist als Abstürze mit lotrechter Stirnwand ausgeführt. Absturzhöhen bis 60 cm, ggf. auch höher, können von Salmoniden übersprungen, bis etwa 30 cm auch noch von Nasen und Döbel (auch Aitel ) überwunden werden. Lotrechte Wände in dieser Größenordnung sind dagegen für Groppen, Krebse und Insektenlarven unüberwindlich. Auch schräg geneigte, glatte Schussstrecken, wie sie häufig bei Wehren vorkommen, stellen Ausbreitungsbarrieren dar. Rampentypen Sohlenrampen, die als „kurze Gewässerstrecke mit stark geneigter und befestigter Sohle“ definiert sind (s. DIN 4047 Teil 5), genügen zum Teil den Anforderungen an die Erhaltung der Durchgängigkeit. Unterschieden werden Sohlenrampen (auch Schussrinnen) mit Neigungen 1:10 und steiler sowie Sohlengleiten mit Neigungen 1:10 und flacher. Bei beiden Rampentypen ist die Gewässersohle im Bereich des Bauwerkes mit Steinen befestigt (Jäggi, 2004). Zwischenzeitlich wurden offene oder aufgelöste Rampen entwickelt, die als „Rampen in Riegelbauweise“ (Ministerium für Umwelt Ba­den-Würt­tem­berg, 1990), aber auch, entsprechend ihrer natürlichen Vorbilder, „Kaska­den­ rampen“,­d. h. ei­ne Abfolge kleiner Wasserfälle, genannt werden (s. Bild 10.28). Hierbei wird der Rampenkörper aus einzelnen, flächig ineinander verzahnten Steinreihen (sogenannte Riegel) hergestellt, zwischen denen sich beckenartige Kolke ausbilden können und sollen. Lockere Rampen – Geschlichtete Rampen Je nach Herstellung des Rampenkörpers ist zwischen lockeren Rampen, bei de­ nen die einzelnen Steine nur durch ihr Gewicht bzw. ihre Größe der Schubspannung des Wasserabflusses widerstehen, und geschlichteten Rampen, bei denen die einzelnen Steine hochkant, Stein an Stein, gesetzt werden, zu unterscheiden. Lockere Rampen sind flexible Bauwerke, die bei Umlagerungen nicht zwangsläufig gefährdet sind. Geringfügige Bewegungen in locker gesetzten oder geschütteten Rampen führen zu einem Verkeilen der Steine, wodurch die Rampenstabilität erhöht wird (Janisch et al., 2007).

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10  Naturnahe Gestaltung

Bild 10.28  Kaskadenrampe (oben) und offene Kaskade (unten)

Geschlichtete Rampen sind starre Bauwerke, denen Zerstörung droht, sobald ein Stein aus dem Verbund gelöst wird oder der Rampenfuß nachgibt (Chervet & Weiß, 1990). Derartige Rampenkörper müssen daher „eng gepackt“ sein, um der Strömung widerstehen zu können. Die Gewichtskraft des einzelnen Steins ist hierbei geringer, als es die kritische Schubspannung bzw. der kritische spezifische Abfluss verlangen würden. Hinweise zum Bau von Sohlenrampen Beim Bau von Sohlenrampen ist, aufgrund vorstehender Überlegungen, am Be­sten gleich auf geschlichtete Rampen zu verzichten. Die Menge an Steinmaterial ist bei ihnen zwar geringer als bei lockeren Rampen, der Arbeitsaufwand aber um einiges höher. Deshalb kommt bei lockeren Rampen zur höheren Sicherheit i.a. eine preiswertere Herstellung hinzu. Bei Steingrößen bis etwa 40 cm Durchmesser, können Sohlenrampen geschüttet werden. Bei Niedrigwasser wird das Rohplanum der Flusssohle mit Hilfe von Schubraupen oder Radladern hergestellt und die Schüttsteine vom Transportfahrzeug aus, von unterstrom beginnend, unmittelbar in das Gewässer abgekippt. Geschickte Fahrer verteilen das Schüttgut während des Kippvorganges sofort flächig in gleichbleibender Schichtstärke von, je nach Planungsvorgabe, ein bis zwei Steinen. Nur wenn sich zu ungleiche Schichtstärken oder gar Haufen bilden, ist eine Nachverteilung mit Bagger oder per Hand mit Hilfe von Steinzan­gen nötig.

10.6  Sicherung gegen Tiefenerosion

305

Bei Steingrößen d > 50 cm werden die Steine zweckmäßigerweise von einem­ Greiferbagger einzeln versetzt. Das Herstellen des Rampenplanums und das Set­zen der Steine kann dabei meist in einem Arbeitsgang erfolgen. Die Steine werden mit dem Aushub unterfüttert und überfüllt. Nur wenn im fließenden Wasser gearbeitet wird, schlämmen die Hohlräume zwischen den Steinen gleichzeitig zu. Ist das im Gewässerbett anstehende Sohlensubstrat im Vergleich zu den nöti­ gen Rampensteinen zu feinkörnig (dStein > 5 · d85 Substrat ), so ist unter der Rampe ein Filteraufbau erforderlich. Dies kann ein mineralischer Filter oder, wie heute üblich, ein geotextiler Filter (Filtervlies) sein. Das Geotextil wird am Rampen­ kopf etwa 40 cm tief eingegraben und mit Erdnägeln fixiert, die Bahn über den Rampenkörper abgerollt und in Abständen wieder befestigt. Ist die schräge Län­ge der Rampe länger als eine Textilbahn, so ist die Bahn dachziegelartig überlappend zu verlängern. Das Geotextil ist anschließend mit Sohlensubstrat oder Kies abzudecken. Das Verlegen des Geotextils sollte in „trockener“ Baugrube erfolgen, d. h. der Niedrigwasserabfluss wird durch einfache Erddämme oberstrom der Rampe auf die andere Flusshälfte gedrängt. Die eigentliche Schüttung oder das Setzen des Rampenkörpers erfolgt wieder im fließenden Wasser. Kritische Teile einer Rampe sind stets der Rampenfuß und der Rampenkopf. Baugeschichtlich und auch hinsichtlich ihrer hydraulischen Berechnung und Dimensionierung entwickelten sich Rampen aus Rauhbettgerinnen. Deshalb en­deten erste Rampen meist an der Verschneidung von geneigter Rampe mit der Flusssohle. An dieser Stelle stellt sich oft ein kleiner Kolk ein. Die Tendenz zur Kolkbildung wird durch eine räumlich gekrümmte, löffel­artige Ausbildung des Rampenkörpers verstärkt. Wenn derartige Rampen von unterstrom nicht genügend eingestaut werden, entsteht unterhalb des Rampenfußes ein besonders tiefer Kolk. Zusätzlich ist ein Schussstrahl zu beobachten, der weit in das Unterwasser reicht und dort oft Uferschäden verursacht. Um Schäden zu vermeiden, wird der Rampenfuß mittels einer Piloten- oder Spundwandreihe fixiert und die Obergrenze der Rampenbeaufschlagung auf q = 8 bis 9 m3/(s · m) festgelegt (Knauss, 1979). Es ist daher vorteilhaft, den Rampenkörper nicht löffelartig auszubilden, sondern eben, mit ausreichender Einbindung in die seitliche Uferböschung. Da­durch wird verhindert, dass sich der Abfluss in der Mitte der Rampe konzentriert. Die Fließtiefe ist bei einer ebenen Rampenform über den ganzen Rampenkörper etwa gleichmäßig verteilt. Die Ausbildung eines Schussstrahles, der den tiefen Kolk am Rampenfuß bewirkt, wird dadurch verhindert. Ist der geneigte Rampenkörper möglichst rau, wird ein Großteil der kinetischen Fließenergie auf ihm umgesetzt und nicht erst im Kolk am Rampenfuß (s. Farbtafel 27 S. 441). Aus der Praxis ist bekannt, dass bereits Ende der 1970er Jahre Rampen gebaut wurden, die nachweislich einem spezifischen Abfluss von 20 m3/(s · m) ohne Scha­den standhielten. Die Erklärung ist, dass bei den Rampen die Energie bei Mittelwasserabfluss voll auf den Rampenkörper umgelegt wird.

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Mit steigenden Abfluss bildet sich auf dem Rampenkörper kurzzeitig ein Wech­selsprung aus. Mit weiter steigendem Abfluss wird der Wechselsprung mehr und mehr eingestaut, bis er beim eigentlichen Bemessungshochwasser kaum mehr als eine größere Welle auf dem Wasseroberfläche in Erscheinung tritt (s. Farbtafel 28 S. 442). Das für technische Rampen geltende Kriterium der hydraulischen Wirksamkeit kann bei rauen Rampen folglich nicht als Bemessungskriterium herangezogen werden, da die Rampe überdimensioniert würde (s. Kap. 7.5). Die Rauheit der Rampe folgt aus der Steingröße. Sie kann zusätzlich erhöht wer­den, wenn man den Körper aus einzelnen Becken erstellt, bei denen einzelne, übergroße Steine riegelartig hervorstehen und die anschließenden, normal gro­ßen Steine, muldenartig vertieft bleiben. Bei Niedrigwasser ergibt sich dann eine Folge kleiner Wasserfälle von Becken zu Becken („Kaskade“). Bei der Konstruktion einer Rampe sollten die folgenden Hinweise beachtet werden (s. Bild 10.28): • der Rampenkörper ist in sich rau, aber ohne spürbare räumliche Krümmung als lockeres, flexibles Bauwerk auszubilden, • am Rampenfuß ist ein tiefer Kolk, gleichsam ein naturnahes Tosbecken mit Gegenschwelle, als Fortsetzung des Rampenkörpers vorzuformen und • die Gewässersohle sollte, anschließend an den Kolk, je nach Gewässerbreite noch auf 10 bis 20 Meter mit Steinen abnehmender Größe ausgelegt werden. Die unterstrom vom Kolk befindlichen Steine werden sich in der Mitte eingra­ ben und nach unterstrom bewegen bis sich eine horizontale Bogenwirkung nach oberstrom ausbildet, wobei sich der Bogen seitwärts am Ufer abstützt. Bei einer Berechnung der Rampe als lockeres, flexibles Bauwerk reicht die Di­mensionierung der Steingröße für die Standfestigkeit der Rampe im Allgemeinen aus (Hengl et al., 2007; Platzer, 2000). Die Abstützung auf den unterstrom liegenden horizontalen Bogen be­wirkt eine zusätzliche Stabilisierung. Der Kolk am Rampenfuß und die einzelnen Becken im Rampenkörper füllen sich mit verfrachtetem Substrat auf, so dass die Sicherungssteine in der Tiefe der Sohle bei Normalabflüssen gar nicht in Er­scheinung treten. Die Becken im Rampenkörper erhöhen die Rampenrauheit und damit die Ener­gieumwandlung auf der Rampe. Bei einer derartigen Ausbildung der Rampe ist deren Sicherung mit Piloten- oder gar Spundwandreihen nicht erforderlich (s. Farbtafel 29 S. 443). Am Rampenkopf ist eine zusätzliche Sicherung überflüssig, wenn der Rampenkörper nach oberstrom je nach Steindurchmesser etwa 0,5 bis 1,0 m in die Sohle hineingezogen und der Übergang vom Sohlensubstrat, über zunächst kleine Steine bis zur nötigen Steingröße der Rampe, kontinuierlich ausgebildet wird. Rampen, deren Einzelsteine auf die kritische Schubspannung dimensioniert wurden, sind sehr stabil. Wie bei den geschlichteten Rampen verkeilen sich die Steine untereinander und können sich so, durch die „Bogenwirkung“, zusätz-

10.7  Fischwanderhilfen

307

lich noch auf die Fundamente abstützen. Der Materialbedarf für eine derartige Rampe ist hoch. Da auf der Baustelle meist nur ein Baggerfahrer und ein Arbeiter im Einsatz sind, sind die Lohnkosten jedoch gering. Dadurch sind solche Rampen üblicherweise preiswerter als geschlichtete Rampen. Die Suche nach Kosteneinsparung führte dazu, den Boden der einzelnen Becken wegzulassen. Das dort vorhandene Sediment zeigt, dass diese Sicherung nur selten gebraucht wird. Die Querriegel („Rippen“) dieser „offenen Kaskaden“ wer­den bei der Bemessung mit dem Faktor 1,20 bis 1,25 überdimensioniert. Wichtig ist die tiefe Gründung, mit einem Fundamentaufbau nach Kap. 11.2.2. Ökologisch sind Rampen, insbesondere Kaskadenrampen, jeder anderen Art von Sohlenbauwerken überlegen. Fische finden immer einen ausreichenden Wasserstand und die passende Beckenhöhe, die sie überwinden können. Selbst Kreb­se, Insektenlarven und Wasserschnecken können sich in Ritzen, Spalten und an der feuchten, rauen Steinoberfläche stromauf arbeiten. Über die raue Rampe und Kaskade wird viel Sauerstoff eingetragen, was die biologische Wirksamkeit der Fließgewässerstrecke verbessert. In mancher Kaskade bauten schon Wasseramseln ihr Nest, kaum dass der Bagger abgezogen war.

10.7 Fischwanderhilfen Fischauf- und Fischabstiegsanlagen sind Bauwerke, die der Wiederherstellung der Durchgängigkeit der Fließgewässer für Fische dienen. Sie sind dort erforderlich, wo der Mensch durch die Errichtung von Querbauwerken (z. B. Staustufen, Wehre u. a.) die Fischwanderwege unterbrochen hat (Reich, 1999; Land Salzburg, 2002; DWA 2006b und 2006c; Gerken, 2006). Unterbunden wurde dadurch auch der bedeutsame Aufstieg in die Seitengewässer, die von besonderer Bedeutung für die Fortpflanzung sind (Lüttke, 2001). Neben den biologischen Voraussetzungen (z. B. Temperatur, Anteile an gelöstem Sauerstoff), sind die Strömungsverhältnisse und die Durchgängigkeit der Sohle als wichtige Bedingungen für das Vorhandensein einer bestimmten Fisch­art zu nennen (Adam & Schwevers, 2001; Schwevers, 2000; MUNLV NRW, 2002b und 2002c; DVWK-GfG, 2005). Die Strömungsgeschwindigkeiten charakterisieren den Energieeinsatz, den die aquatischen Lebewesen aufwenden müssen, um nicht verdriftet zu werden. Das vielfältig strukturierte Sohlensubstrat wiederum bietet denjenigen Lebewesen Schutz, die sich mit Hilfe anderer Strategien einer Abdrift entziehen (z. B. durch der Strömung angepasstes Verhalten, Anheftung mittels Saugnäpfen, Aufenthalt in strömungsberuhigten Zonen). Der Fließrichtung folgend befindet sich der Einlauf der Fischaufstiegsanlage im Oberwasser (OW) und der Auslauf im Unterwasser (UW). Die Fische passieren eine Fischaufstiegsanlage gegen die Strömungsrichtung, während Fischabstiegsanlagen in Strömungsrichtung durchschwommen werden.

308

10  Naturnahe Gestaltung

10.7.1 Planungsgrundlagen Die Bedeutung der Strömung für die Fischwanderungen und Besiedelung ist offensichtlich. Die Fische orientieren sich auf ihren stromaufwärts gerichteten Wanderungen an der Hauptströmung. Entsprechend der jeweiligen Laufform des Fließgewässers, pendelt die Hauptströmung, dem Talweg folgend, von einem Ufer zum anderen. Befindet sich im Fließgewässer ein Querbauwerk (z. B. eine Wehranlage) sind die Fische deshalb bevorzugt dort zu finden, wo die Hauptströmung am Hindernis anliegt (s. Bild 10.29). Fische benötigen für die Orientierung eine ausreichend starke Leit­strömung („Lock­­strömung“), damit diese den Auslauf der Anlage finden. Die dazu erforderlichen Fließgeschwindigkeiten liegen zwischen 0,8 und 2 m/s. In Bereichen mit starker Turbulenz (z. B. in einem Tosbecken) können sich die Fische nicht orientieren, da die zielgerichtete Strömung fehlt. Die Ausläufe von Fischaufstiegsanlagen sind demzufolge in ausreichender Ent­fernung von turbulenten Bereichen zu platzieren. Die Sohle einer Fischaufstiegsanlage sollte mit den Sohlenstrukturen des Gewässers verbunden sein (z. B. mittels einer Anrampung), damit auch sohlenorientierte Lebewesen einen Zugang zur Anlage finden. Eventuell auftretende Wasserstandsschwan­kungen und ungenügende Wassertiefen bei Niedrigwasser können umgangen werden, indem das Gewässer lokal vor Ein- und Auslauf eingetieft wird. Auch in der Fischaufstiegsanlage ist eine möglichst turbulenzarme Strömung anzustreben, wobei die maximalen Fließgeschwindigkeiten nicht über 2,0 m/s liegen dürfen. Die maximale Wasserspiegeldifferenz sollte kleiner als 20 cm sein, damit die maximalen Wassergeschwindigkeiten auch in den Engstellen eingehalten werden können (z. B. in den Schlupf­löcher oder unter den Trenn-

Bild 10.29  Aufstieg von Fischen entlang der Hauptströmung (nach DWA, 2005a)

10.7  Fischwanderhilfen

309

wänden). Die mittlere Geschwindigkeit muss jedoch deutlich niedriger als 2 m/s liegen, damit auch kleinere Fische aufsteigen können. Der Ausbildung von ausreichend bemessenen Ruhezonen ist deshalb ein wichtiges Konstruktionsmerkmal. Eventuell sind entsprechende Ruhebecken anzulegen (Bild 10.30). Für technische Fischaufstiegsanlagen sind Neigungen zwischen 1 : 5 und 1 : 10 möglich, während bei naturnahen Konstruktionen (z. B. Rampen, Gleiten) Werte unter 1 : 15 angestrebt werden sollten. Die Abmessungen der einzelnen Teile einer Auf­stiegsanlage orientiert sich an der Größe der zu erwartenden Fischart (Städtler & Schaa, 1996). Die Durchgängigkeit der Sohlenstrukturen in der Anlage selbst, ist ebenfalls zu gewährleisten. Es hat sich als günstig erwiesen, die Sohle mit einer mindestens 20 cm dicken Schicht aus Grobsubstraten zu bedecken. Der Einlauf der Fischaufstiegsanlage im Oberwasser muss in ausreichender Entfernung von den Turbineneinläufen liegen, da die Fische bei Strömungsgeschwindigkeiten v > 0,5 m/s in Richtung Querbauwerk verdriftet werden. Als Mindestabstand sollten 5 Meter eingehalten werden; eventuell muss die Anlage in das Oberwasser hinein verlängert werden. Um einen störungsfreien Betrieb einer Fischaufstiegsanlage zu gewährleisten ist eine regelmäßige Wartung der Anlage vorzusehen. Die unmittelbaren Ein- und Auslaufbereiche sind von allen Störungen freizuhalten. Die Funktion einer Fischaufstiegsanlage sollte regelmäßig kontrolliert werden (BWK, 2006; DWA, 2006c). Bei den Bauweisen wird zwischen naturnah gestalteten und technischen Anlagen unterschieden. Es sind aber auch Kombinationen zwischen beiden Bauweisen möglich (Queißer et al., 2006). Ausführliche Beschreibungen zu den einzelnen Bauweisen können den Fachpublikationen entnommen werden (u. a. Land Salzburg, 2002; BWK, 2006; DWA, 2005a, 2006b und 2006c;). Dort finden sich weitergehende Informationen zur Konstruktion und Bemessung. Hier sollen nur einige allgemeine Hinweise gegeben werden.

Bild 10.30  Anordnung von Ruhebecken (Schema)

310

10  Naturnahe Gestaltung

10.7.2 Naturnahe Bauweisen Naturnah gestaltete Fischaufstiegsanlagen passen sich durch ihre Bauart weitgehend den natürlichen Gegebenheiten an, so dass diese im naturnahen Wasserbau bevorzugt gebaut werden sollten. Technische Aufstiegsanlagen sind nur dann akzeptabel, wenn aufgrund der Randbedingungen eine naturnahe Bauweise nicht in Frage kommt. Zu den „naturna­hen“ Bauweisen zählen: • Umgehungsgerinne • Sohlenrampen und Sohlengleiten • Fischrampen. Umgehungsgerinne sind künstlich angelegte, naturnah gestaltete Fließgewässer die im Nebenschluss ein vorhandenes Querbauwerk umgehen. Sohlenrampen und Sohlengleiten sind über die gesamte Gewässerbreite reichende Sohlenstufen mit flachem Gefälle und rauer Oberfläche. Eine spezielle Bauweise sind Fischrampen. Sie nehmen im Gegensatz zu den normalen Rampen und Gleiten nur einen Teil der Gewässerbreite ein. Die Gefälleverhältnisse sind jedoch ähnlich. Umgehungsgerinne Mittels eines Umgehungsgerinnes wird ein bestehendes Querbauwerk (z. B. eine Wehr­­anlage) im „Nebenschluss“ umgangen. Bei Umgehungsgerinnen ist besonders vorteilhaft, dass keine baulichen Veränderungen an bestehenden Anlagen durchgeführt werden müssen und diese sich gut in die Landschaft einbinden lassen. Sie können sich durchaus zu einem eigenständigen Lebensraum für strömungsliebende Arten entwickeln (Schneider & Korte, 2005). Erschwert wird die Anlage von Umgehungsgerinnen insbesondere durch den hohen Flächenbedarf. Da der Höhenunterschied zwischen Ober- und Unterwasser auf relativ kurzer Lauflänge abgebaut werden muss, sind Umgehungsgerinne in den meisten Fällen steiler als herkömmlich umgestaltete Fließgewässerabschnitte. Wenn möglich, sind Abschnitte mit starkem Gefälle auf wenige Bereiche zu beschränken. So bietet es sich z. B. an, im Auslaufbereich der Fischtrep­pe eine steile Strecke anzuordnen, um auf diese Weise auch die erforderliche Geschwindigkeit für die Leitströmung sicherzustellen. Aufgrund des hohen Gefälles ist i. d. R. ein stabiler Ausbau des Querschnittes erforderlich. In den Abschnitten mit starkem Gefälle kann der zulässige Bereich der Fließgeschwindigkeiten (vm = 0,4 bis 0,6 m/s) nur dann eingehalten werden, wenn Stör­steine eingebaut werden. Als Richtwert für den lichten Abstand zwischen den einzelnen Steinen werden Werte zwischen 2 und 3 Steindurchmessern empfohlen. Die Steine soll­ten etwa zu einem Drittel bis zur Hälfte in die Sohle eingebunden sein. Je nach Anordnung der Steine in den Querriegeln bilden sich Becken mit unterschiedlichen Wassertiefen oder Kaskaden aus.

10.7  Fischwanderhilfen

311

Tabelle 10.2  Bemessungsgrundlagen für Umgehungsgerinne (nach DWA, 2005a) Parameter

Empfehlungen

Sohlenbreite

bSo > 0,8 m

Wassertiefe

h > 0,2 m; angepasst an die potenziell natürliche Fischfauna

mittlere Fließgeschwindigkeit

v = 0,4 bis 0,6 m/s

maximale Fließgeschwindigkeit

v = 1,6 bis 2,0 m/s

minimaler Abfluss

q > 0,1 m3/(s · m)

lichter Abstand der Störsteine

ax = ay = 2 bis 3 ds; mind. 0,3 bis 0,4 m

Der Abstand der Querriegel sollte nicht weniger als 1,5 m betragen; wobei die maximalen Absturzhöhen ∆h den Grenzwert von 20 cm nicht überschreiten sollten (in potamalen Gewässer: ∆h = 10 bis 15 cm). Ein Ablösen des Überfallstrahls ist zu vermeiden. Eine raue Sohle in Form einer natürlichen Substratbedeckung erhöht die Struk­turvielfalt. Mit einem Anschluss an das Interstitial werden günstige Voraussetzungen für eine naturraumtypische Entwicklung geschaffen. Bei der Planung des Umgehungsgerinnes (Linienführung, Querschnittausbildung und Sicherung der Böschungen), sind die Grundsätze und Methoden des naturnahen Wasserbaus zu beachten. Die in Tabelle 10.2 dargestellten Werte geben einige Anhaltspunkte für die Konstruktion eines Umgehungsgerinnes. Fischrampen Dort, wo bestehende Wehranlagen nicht vollständig aufgelassen werden können, bieten sich Fischrampen als Aufstiegsbauwerke an. Fischrampen erfassen nur einen Teil des gesamten Fließquerschnittes. In ihrem Aufbau orientieren sie sich weitgehend an den Sohlengleiten, da für Fischrampen die gleichen Gefälleverhältnisse eingehalten werden müssen. Hinsichtlich der Ausbildung des Sohlensubstrats und der Geschwindigkeiten auf der Rampen gelten die gleichen Ausführungen wie bei den Umleitungsgerinnen. Die wichtigsten Entwurfsparameter für die Konstruktion sind in Tabelle 10.3 zusammengefasst. Besondere Bedeutung bei der Konstruktion von Fischrampen hat die Stabilität des Gesamtbauwerkes, das beim Umbau zu einem Teil erhalten bleibt. Hier trifft im Regelfall das relativ starre Querbauwerk der bestehenden Anlage auf die sehr flexible Rampenkonstruktion. Damit die Gesamtanlage geschlossen auf alle auftretenden Belastungen reagiert, wird der Rampenkörper häufig in massiver Bauweise, d. h. aus Stampfbeton hergestellt. Bei dieser Bauweise ist der Beton im plastischen Zustand mittels einer eingedrückten Lage Schotter aufzurauen.

312

10  Naturnahe Gestaltung

Tabelle 10.3  Entwurfsparameter für die Konstruktion von Fischrampen (nach DWA, 2005a) Parameter

Empfehlungen

Gefälle

zwischen 1 : 20 bis max. 1 : 30

Rampenbreite

b > 2,0 m

mittlere Wassertiefe

h = 0,3 bis 0,4 m

maximale Fließgeschwindigkeit

v = 1,6 bis 2,0 m/s

mittlere Fließgeschwindigkeit

v = 0,4 bis 0,6 m/s

minimaler Abfluss

q > 0,1 m3/(s · m)

Wird der Rampenkörper aus geschüttetem, gebrochenem Material aufgebaut, sind die unterschiedlichen Belastungen und Setzungen des Bauwerks zu berücksichtigen (Heimerl, 2005). Das Ma­terial ist entsprechend der Filterregel abzustufen. Alternativ kann auch auf einem Geo­textil oder einer Dichtungsschicht aufgebaut werden. Eine zu starke Durchsickerung des Rampenkörpers und eine ungenügende Selbstabdichtung durch ein­gespül­te Sedimente kann zu einem Trockenfallen der Rampe führen. Wichtig ist auch die Nachbettsicherung, da die gesamte Anlage durch rückschreitende Erosion gefährdet werden kann. Mehrlagige Steinschüttungen (eventuell mit einem Filteraufbau) sind dafür am Besten geeignet. Bei erosionsbeständiger Gewässersohle liegen die Mindestlängen der Nachbettsicherung zwischen 3 bis 5 Meter. Bei erosionsgefährdeten Sohlen ist für die Nachbettsicherung die 7- bis 10fache Rampenhöhe anzusetzen, wobei die Korngröße zum Unterwasser hin abgestuft wird. Die Ausformung eines Naturkolkes als Tosbecken wird empfohlen. Sonderformen Sonderformen von Fischaufstiegsanlagen sind u. a. der Rauhgerinne-Beckenpass und der Borsten-Fischpass.. Beim Rauhgerinne-Beckenpass werden hochkant gestellte Steine zur Trennung der Becken verwendet. Die Steine sind derart in die Sohle einzubetten, dass sie nur umströmt werden können. Der lichte Abstand zwischen den Steinen sollte mehr als 20 cm betragen. Die Wassertiefen in den Becken sind da­ durch wesentlich größer (minimale Wassertiefe: 40 cm), so dass die Rampen steiler gebaut werden können (bis ca. 1 : 10). Die Gerinnebreite sollte mindestens 1,5 m betragen, und der lichte Abstand der Steinriegel zwischen 1,5 und 2,5 m liegen. Die bereits bei den anderen Bauwerksarten zulässigen maximalen Wasserspiegeldifferenzen von 20 cm müssen ebenso eingehalten werden, wie die maximalen Fließgeschwin­digkeiten von v = 2 m/s. Die Trennung zum Wehrfeld erfolgt i.d.R. durch eine massive Trennwand aus Mauerwerk oder Beton. Die

10.7  Fischwanderhilfen

313

hydraulische Funktionsfähigkeit muss durch Probeläufe sichergestellt werden. Auf diese Weise wird die günstigste Anordnung der Steine ermittelt. Der Borsten-Fischpass bietet die Möglichkeit sowohl den Aufstieg von Fischen und Benthosorganismen als auch die Passierbarkeit mit Kleinbooten in einer Anlage zu kombinieren (Siering, 2004; Hiekel & Hassinger, 2008). In der Anlage werden die Fließgeschwindigkeiten durch elastisch schwingende Borsten soweit reduziert, dass Fische genügend Schutz- und Ruhebereiche finden, um über die Anlage aufsteigen zu können (Hassinger, 2002; Meyer & Lehmann, 2006).

10.7.3 Technische Bauweisen Technische Fischaufstiegsanlagen leisten zur naturnahen Strukturierung der Fließgewässer keinen Beitrag.. Die Herstellung der Durchgängigkeit für die Fischfauna hat jedoch einen so hohen Stellenwert, dass der Kompromiss, den man beim Bau einer technischen Fischaufstiegsanlage immer eingeht, bei weitem aufgewogen wird. Zu den technischen Fischaufstiegsanlagen zählen u. a. folgende Bauweisen: • Beckenpässe • Schlitzpässe • Denilpässe • Mäander-Fischpässe. Die Funktionsweisen der Anlagen beruhen alle auf dem Prinzip, die relativ steile Fließ­strecke auf einer Rampe, die beim Aufsteigen von den Fischen überwunden werden muss, durch die Anordnung von Zwischenwänden derart aufzuteilen, dass strömungsberuhigte Bereiche entstehen, in denen die Fische dann ungehindert aufsteigen können. Die hohen Geschwindigkeiten treten durch diese Anordnung nur an den Engstellen auf. Bei den verschiedenen Arten von Beckenpässen entstehen durch die Querwände treppenartig an­ein­ander ge­reihte Becken. Nach der Form der Einbauten wird zwischen konventionellen Beckenpässen (lotrechte Zwischenwände mit Kronenausschnitten oben und Schlupflöchern unten), Schlitzpässen (lotrechte Zwischen­wände mit seitlichen Schlitzen), Rhom­boidpässen (geneigte, schräg zur Becken­achse eingebaute Zwischenwände), Wulstfischpässen (strom­li­nien­ för­mige Schlupfkanäle) und Mäander-Fischpässen (hintereinander geschaltete Rundbecken – s. Peters, 2004) unterschieden (Bild 10.31). Die Abmessungen der Anlagen und die Konstruktionsdetails (Schlitzbreite, Beckenbreite, Beckenlänge usw.) richten sich nach den zu erwartenden Fischarten. Vorteilhaft beim Schlitzpass sind die durchgehenden Sohlenstrukturen. Das Kornmaterial sollte mindestens einen Durchmesser d50 = 60 mm haben. Die Mindestdicke für den Einbau beträgt 20 cm. Eine an das natürliche Sohlensubstrat des Gewässers angepasste Zusammensetzung ist anzustreben (s. auch Heimerl & Ittel, 2002; Städtler & Patt, 2003).

314

10  Naturnahe Gestaltung

Bild 10.31  Ausbildung der Zwischenwände bei Beckenpässen (nach DWA, 2005a)

Bild 10.32  Ausbildung der Zwischenwände beim Denilpass

Der Denilpass besteht aus einer geradlinig geführten Rinne mit in Fließrichtung geneigten Lamellen (Bild 10.32 und 10.33). Aufgrund der Form und der Anordnung dieser Lamellen entstehen Rückströmungen, die zum Abbau der Strömungsenergie bei­tragen. Die Fließgeschwindigkeiten im unteren Teil der Lamellen sind gering.

10.7.4 Fischschutz- und Fischabstiegsanlagen Fischschutz- und Fischabstiegsanlagen dienen dem Schutz der aquatischer Organismen bei ihren Wanderungen stromabwärts. Querbauwerke und Wasser­ entnahmen bergen ein erhebliches Verletzungsrisiko, dem durch entsprechende

10.7  Fischwanderhilfen

315

Bild 10.33  Denilpass mit nachgeschaltetem Ruhebecken – Blick in Fließrichtung

technische Maßnahmen Rechnung zu tragen ist. Derartige Anlagen müssen sowohl das jeweilige Artenspektrum berücksichtigen als auch das Wanderverhalten (Zeit, Rhythmus und Verhalten bei der Abwanderung). In ATV-DVWK (2004) finden sich eine Reihe von Nutzungen, die den Fischabstieg erschweren. Besonders genannt wird in diesem Zusammenhang die Wasserkraftnutzung, die mit ihren Turbinen und Rechenanlagen zur Schädigung abwandernder Fische in erheblichen Maße beiträgt. Zum Schutz der aquatischen Organismen werden folgende Maßnahmen (auch in Kombination) aufgeführt: • Einsatz mechanischer Barrieren, um das Eindringen von Fischen in gefährliche Bereiche zu vermeiden. • Verhaltensbarrieren haben Leit- bzw. Scheuchwirkungen und sorgen dafür das Fische bestimmte Bereiche verlassen bzw. nicht nutzen. • Fischsammelsysteme entfernen Fische aus gefährlichen Bereichen und transportieren diese zu Einrichtungen, mit denen der weitere Abstieg möglich ist.

316

10  Naturnahe Gestaltung

• Bypässe dienen der Umgehung von Hindernissen oder gefährlichen Bereichen • Fischtransportsysteme integrieren den Fang von Fischen und den Abtransport in den unterstromigen Gewässerabschnitt • Durch den Fischwanderungen angepasste Betriebsstrategien der Wasserkraftanlagen kann der Fischabstieg unterstützt werden • Einsatz von fischschonenden Turbinen (derzeit sind diese Turbinen in der Entwicklung) • Fischschonende Platzierung der Einlaufbauwerke Zum Teil sind diese Maßnahmen bzw. Strategien noch in der Entwicklung und bedürfen einer Verifikation in der praktischen Anwendung. Sicher ist jedoch, dass hinsichtlich der Durchgängigkeit in Fließrichtung Überprüfungs- und Nachholbedarf besteht. Weitere Hinweise zu Fischabstiegsanlagen finden sich u. a. bei Dumont (2000) und DWA (2005)

10.7.5 Wanderfischprogramme Für die Wiedereinbürgerung wandernder Fischarten haben der Bund und auch einzelne Bundesländer Programme aufgelegt, um mittelfristig stabile Populationen aufzubauen. An den großen Fließgewässer, wie Rhein, Donau und Oder, werden diese Programme von internationalen Kommissionen (u. a. IKSR-Inter­nationale Kommission zum Schutz des Rheins) begleitet. Von besonderer Bedeutung – auch für die Öffentlichkeitsarbeit und die Akzeptanzförderung – ist dabei der Lachs (IKSR, 2004).

Bild 10.34  Springender Lachs an einer Wehranlage der Sieg

10.8  Deiche

317

Zu den wasserbaulichen Maßnahmen, die der Zielereichung dienen, zählt in besonderem Maße die Wiederherstellung der Durchgängigkeit durch Wanderhilfen. Hinsichtlich der Fortpflanzungshabitate ist die Ausgestaltung des Gewässerbetts ausschlaggebend, insbesondere die Struktur des Lückensystems an der Gewässersohle (Interstitial). Die Methoden des naturnahen Wasserbaus sind daher auch für die Ziele der Wanderfischprogramme förderlich (Städtler, 2008).

10.8 Deiche Trotz der strengen Umweltschutzauflagen wird es auch in Zukunft immer wieder notwendig, dass Fließgewässer ausgebaut werden müssen, um u. a. Menschen und Sachgüter vor Hochwasser zu schützen (u. a. LAWA, 1995; Patt, 2001a; DWA, 2007a). Jeder Deich bedeutet jedoch einen Eingriff in den Entwicklungs- oder den Speicherkorridor eines Fließgewässers und sollte daher möglichst vermieden werden. Das gilt insbesondere dann, wenn durch den Bau weitere Engstellen geschaffen (s. auch Kap. 3.4.2) oder natürliche Überschwemmungsgebiete vom Gewässer abgeschnitten werden (s. auch Kap. 3.4.3). Gestaltung und Unterhaltung Ist eine Bedeichung erforderlich, sollte ein möglichst breites Vorland vorgesehen werden, da dann die naturnahe Gestaltung des Deiches und seiner Umgebung vereinfacht wird (DVWK, 1993). Eventuell können dadurch sogar die Unterhaltungskosten gesenkt werden, da nicht jede Feststoffabla­gerung, Totholzansammlung o. ä. eine Unterhaltungsmaßnahme erfordert (s. Kap. 11). Breite Vorländer ermöglichen oft eine eigendynamische Entwicklung des eingedeichten Fließgewässers (s. Kap. 10.1) oder die Einleitung bzw. Akzeptanz derartiger Pro­zesse (s. Kap. 10.2). Gleichzeitig wird die Gefahr des Befalls der Deiche durch Wühltiere (u. a. Bisam, Biber, Nutria – s. DVWK, 1997b – aber auch Maulwurf, Wildkaninchen, Feldmaus u. a.) stark verringert. Wenn eine Nutzung der Vorländer nicht vollständig aufgegeben werden kann, ist eine extensive Nutzung anzustreben. Planung (Linienführung, Deichquerschnitt, Untergrund, Standsicherheit, Baustoffe und Erdarbeiten u. a.), bauliche Anlagen, Deichüberwachung, Deich­ unterhaltung, Baumaßnahmen an bestehenden Deich und Deichverteidigung sind in der DIN 19712 geregelt. Die vorhandene Ufervegetation sollte bei der Planung der Linienführung berücksichtigt werden (s. Farbtafel 30 S. 444 oben). Gehölze und andere Biotopstrukturen sollten detailliert aufgenommen werden, um die Wertigkeit der vorhandenen Strukturen ermitteln zu können. Zur besseren Einpassung in die natürliche Umgebung sollte der Deich keine gleichmäßigen Böschungen aufweisen. Geländeränder sind stets Abfolgen von Kanten, Bermen, Hohl- und Abtragsformen. Solche Elemente können im Landschaftsraum analysiert und für die Gestaltung der Deiche übernommen werden.

318

10  Naturnahe Gestaltung

Kritisch kann die Anordnung von Gehölzen in der Nähe des Deichfußes sein. Dort kann es aufgrund der Umströmung zu erheblichen Auskolkungen kommen, die im Extremfall einen Deich zerstören können. Dieser Effekt wird verstärkt, wenn die Anströmfläche der Bäume und Sträucher durch das Festsetzungen von Schwimmstoffen erheblich ansteigt (s. Bild 10.35). Durch die regelmäßige Unterhaltung muss die Funktionsfähigkeit der Deiche erhalten werden. Die Wartung und Instandsetzung von Hochwasserschutzanlagen als wasserrechtlich planfestgestellte Gewässerausbauten ist

Bild 10.35  Auskolkungen hinter Gehölzstrukturen nach einem Hochwasser (Blick in Strömungsrichtung). a Während eines Hochwassers setzen sich häufig Schwimmstoffe an

Hindernissen fest und (b) führen unterstrom zu erheblichen Auskolkungen, die ggf. in der Nähe von Deichen problematisch sein können

10.8  Deiche

319

rechtlich verpflichtend und bedarf deshalb keiner besonderen Erlaubnis (Kleber-Lerchbaumer, 2008). Die Wartung umfasst die regelmäßige Unterhaltung bzw. Pflege … • der Grasnarbe auf den Deichen durch Mahd oder Beweidung • der Bepflanzungen und Gehölzbestände • die Beseitigung von Wühltier- und Trittschäden (s. auch DVWK, 1997b) • der Deichverteidigungswege und • die Verkehrssicherungspflicht. Der Entscheidungen bezüglich einer tolerierbaren Bepflanzung von Deichen und die damit verbundene Gehölzpflege ist von großer Bedeutung für die Standsicherheit. Die Nutzung der Deichanlagen für Freizeit- und Erholungsaktivitäten und die Auswirkungen einer ggf. erforderlichen Deichertüchtigung auf das Landschaftsbild führen oftmals zu heftigen Diskussionen zwischen allen Beteiligten. Gehölze auf Deichen Die Hochwasserereignisse in den letzten Jahren haben gezeigt, dass Gehölze auf Deichen zu einer wesentlichen Erschwernis der Deichüberwachung und damit zu einer zusätzlichen Gefährdung der Bauwerke im Belastungsfall führen können. Deshalb darf Gehölzbewuchs auf Deichen nur geduldet werden, wenn die Überwachung gewährleistet und eine Gefährdung der Bauwerke ausgeschlossen werden kann. Dabei sind u. a. folgende Kriterien zu beachten: • Einsicht der Böschungen Strauchbewuchs erschwert die Einsicht auf die Böschungen  innerhalb des Kronentraufs und damit die Kontrolle von Wühltieren, die in der Böschung leben. Mit zunehmendem Alter der Sträucher wird diese Kontrolle erschwert, wenn diese Sträucher nicht regelmäßig zurück geschnitten werden. • Belastung des Deichkörpers durch Bäume Einzelbäume und Baumgruppen stellen in den ersten Jahren nach der Pflanzung noch keine Gefahr dar, doch mit zunehmendem Alter gewinnt der Baum (Stamm und Krone an Gewicht, so dass die Gefahr, dass Bäume bei Sturm oder bei Belastung des Deiches bei Hochwasser umstürzen im Laufe der Jahre steigt. • Hohlräume im Deich Im Wurzelwerk von Gehölzen bilden sich mit zunehmendem Alter Hohlräume aus, die im Belastungsfall zu bevorzugten Sickerwegen für das Wasser werden können. Das Deichbauwerk wird dadurch gefährdet, die Deichverteidigung durch den Gehölzbewuchs erschwert. • Ausbildung von Kolken Hinter Gehölzstrukturen kann es zu erheblichen Auskolkungen kommen, die nicht nur zu einer Zerstörung der Oberflächenstrukturen führen können (s. Bilder 10.35a und 10.35b), sondern in der Nähe von Deichen durchaus deren Stabilität gefährden können.

320

10  Naturnahe Gestaltung

Die meisten Deiche stehen demnach für Gehölz­anwuchs nicht zur Verfügung. Vor­handene Gehölze auf bestehenden Deichen, die diese Anforderungen nicht erfüllen, müssen genauer betrachtet werden und nach den Erfahrungen der Hochwasser in den letzen Jahren i. d. R. entfernt werden In DIN 19712 (Flussdeiche) finden sich Hinweise zu den möglichen Auswirkungen von Gehölzen auf Deichen, die aus Gründen der Standsicherheit beachtet werden müssen. Gehölze auf Deichen können nur toleriert werden, wenn der Deich entsprechend diesen besonderen Anforderungen aufgebaut worden ist. Soll aus landschaftsgestalterischen Gründen der Deichkörper durch Gehölzgruppen in die Landschaft eingebunden werden, so kann dies durch eine entsprechende Ausbildung des Deichkörpers erreicht werden. Eine Bepflanzung ist u. a. möglich, wenn die Gehölzebereiche so breit sind, dass die Wurzeln der Gehölze nicht in den erdstatisch erforderlichen Deichquerschnitt eindringen können. Die dazu erforderlichen Breiten und Abstände sollten bei der Planung berücksichtigt werden. Auch kann durch den Einbau entsprechen­der Stützelemente (z. B. durch die Innendichtung von Deichen – wie u. a. bei der Renaturierung der Isar in der Innenstadt von München geschehen – s. Arzet & Joven, 2008) und bei Verwendung entsprechender Gehölze (u. a. kleine Kronen, Begrenzung des Alters der Gehölze) an ausgewählter Stelle ggf. ein Gehölzbewuchs akzeptiert werden. Rückverlegung Die Rückverlegung von Deichen ist heute ein viel diskutiertes Thema. Durch das Zurücklegen der Deiche werden zusätzliche Rückhalteflächen erschlossen, die, je nach Größe und Betriebsweise, zu einer mehr oder weniger starken Reduzierung der Hochwasserscheitelabflüsse beitragen können (Patt, 2001a). Die Vor- und Nachteile der verschiedenen Betriebsweisen eines Rückhalteraumes werden in Kap. 6.2.5 erläutert. Da in den meisten Fällen eine vollständige Auflassung der Hochwasserschutzdeiche nicht in Frage kommt, müssen die Deiche auf einer zurückversetzten Deichlinie neu gebaut werden. Den Grundwasserverhältnissen ist besondere Beachtung beizumessen, da sich die Grundwasserstände aufgrund der neuen Deichlinie verändern (Patt, 2001).

10.9 Freizeit und Erholung Hochwasserschutzdeiche liegen wegen ihrer Veranlassung her stets in unmittelbarer Nähe von bewohnten Gebieten. Sie eignen sich daher stets auch als Park­anlagen für die Erholungsnutzung durch die Bevölkerung (Farbtafel 30

10.9  Freizeit und Erholung

321

Bild 10.36  Freizeit und Erholung an Fließgewässern erfordern oft lenkende Maßnahmen. a Naturbelassene Gewässerabschnitte sind sehr attraktive Räume für Erho-

lungssuchende. b. Wasserbauliche Anlagen sind begehrt, aufgrund des hohen Gefährdungspotenzials jedoch häufig nicht geeignet

S. 434 oben). Derartige Überlegungen sollten daher bereits im Planungsprozess berücksichtigt werden (z. B. Anlage von Fuß- und Radwegen – DWA, 2005b), Verbesserung des Zugangs zum Fließgewässer, Ausweisung von Ruhezonen, Lenkung der Erholungssuchenden) (Patt, 2000; Patt et al., 2001). Attraktive Bereiche sind schnell einem zunehmendem Nutzungsdruck ausgesetzt und führen zu . Auch sind wasserbauliche Anlagen oft sehr Näheres zur Gestaltung von Freizeit und Erholung an Fließgewässern finden sich bei DWA (2007b).

Kapitel 11

Baumaterialien im naturnahen Wasserbau

Können Fließgewässersysteme in unseren oft dicht besiedelten und genutzten Talräumen nicht ihrer eigendynamischen Gestaltung überlassen werden, so sind sie möglichst naturnah zu sichern. Dabei finden solche Materialien Verwendung, wie sie am jeweiligen Gewässer auch natürlich vorkommen könn­ten. Im naturnahen Wasserbau verwendete Baumaterialien sind in erster Linie Pflan­zen, geschüttete oder gesetzte Steine und Holz. In Ausnahmefällen finden für Sonderkonstruktionen auch Metalle in Form von Pfählen und Drahtgeflech­ten (ggf. auch Spundwände) sowie Geotextilien aus Kunststoffen oder Naturfasern Verwendung. Abdichtende Materialien wie Beton, Asphalt, Kunststofffolien, Pflasterungen u. a. kommen daher für naturnahe Bauweisen im allgemeinen nicht in Betracht.

11.1 Pflanzen Im naturnahen Wasserbau sind die Baumaterialen den An­forderungen des je­wei­ ligen Gewässerabschnitts anzupassen. So sollte z. B. in nicht geschie­befüh­ren­den Fließ­gewässern auf die Verwendung von Wasserbausteinen verzichtet werden. Derartige Fließgewässer sind typische Anwendungsbereiche von ingenieur-­ biologischen Bauweisen. Die zum Ein­satz kommenden Pflanzen müssen nicht nur dem Einzugsgebiet, sondern auch dem jeweiligen Standort entsprechen (z. B. Boden, Wasserhaushalt, Lokal­klima, Einwirkung des fließenden Wassers).

H. Patt, Naturnaher Wasserbau © Springer 2009

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11  Baumaterialien im naturnahen Wasserbau

11.1.1 Rasen Gehölze haben nicht an jedem Fließgewässer ausreichend Platz und sind auch nicht immer praktikabel (z. B. wenn Flächen für den Hochwasserabfluss freigehalten werden müssen). An Fließgewässern werden daher auch Rasenflächen anzulegen sein. Rasen lässt sich an wenig beanspruchten Gleitufern und kur­zen Flussgeraden, vor allem aber auf Vorländern, Deichen und Dämmen einsetzen. In bestimmten Fällen besteht sogar die Möglichkeit, seltene natürliche Lebensräume neu zu schaffen (z. B. Halbtrockenrasen). Rasen kann auf unterschiedlichste Weise angesiedelt werden. Am bekanntesten ist die Trockensaat. Unter besonderen Bedingungen kommen auch Mulchsaat, Nasssaat, Rollrasen und Vegetationsmatten zur Anwendung. Nicht zuletzt können auch die Vorteile der natürlichen Sukzession bei der Neuanlage von Ra­sen­flächen Berücksichtigung finden. Bei den Saatverfahren werden je nach Standortvorgaben und Zielsetzung zu­nächst unterschiedliche Saatmischungen aus etwa 5 bis 10 Grasarten und eini­gen Kräutern zusammengestellt. Über die einzelnen, für den Wasserbau geeigneten Arten gibt die Tabelle 11.1 einen groben Überblick. Den jeweiligen Mi­schun­gen kann mit Ausnahme von Halbtrockenrasen zur Sicherung der Ansaat etwas Deut­­sches Weidelgras (Lolium perenne) beigegeben werden, das relativ schnell keimt und damit für die anderen Gräser ein günstigeres Wuchsklima schafft. Trockensaat Bei der Trockensaat wird Rasensamen auf der humosen, standfesten Böschung ausgebracht. Günstigster Zeitpunkt ist das Frühjahr zu Beginn der Vegetationsperiode, wenn nicht mehr mit Nachtfrost zu rechnen ist. Problematisch ist die Anwachsphase des Böschungsrasens. Tritt in dieser­ Zeit Oberflächenabfluss auf, so werden die Samen weggespült. Auch nach dem Austreiben besteht die Gefahr, dass die erst leicht verwurzelten Keimlinge einschließ­lich des Oberbodens erodiert werden. Bei stärkerer Sonneneinstrahlung drohen die Samen aus- bzw. die Sämlinge einzutrocknen. Deshalb sollten beim Ansäen von Böschungsrasen Anwuchsschäden mit den nötigen Nachbesserungen einkalkuliert werden. Mulchsaat Eine Verringerung der Anwuchsrisiken stellt die Mulchsaat dar. Hierbei wird die angesäte Fläche mit einer einige Zentimeter starken Mulchschicht (z. B. aus ge­häckseltem Stroh) abgedeckt. Häufig wird auch Dünger hinzugefügt. Bei Re­gen oder künstlicher Bewässerung bildet sich in der Mulchschicht ein feuchtwarmes Mikroklima aus, das die Keimzeit verringert und vor Austrock-

11.1  Pflanzen

325

Tabelle 11.1  Zur Aussaat im Wasserbau geeignete Gräser und Kräuter (Auswahl)

Feuchteanspruch trocken frisch nass feucht

Bodensäure sauer basisch

Gräser Weißes Straußgras, Agrostis alba Flechtstraußgras, Agrostis stolonifera Rotes Straußgras, Agrostis tenuis Ruchgras, Anthoxanthum odoratum Fiederzwenke, Brachipodium pinnatum Aufrechte Trespe, Bromus erectus Wiesen-Kammgras, Cynosurus cristatus Gebogene Schmiele, Deschampsia flexuosa Rohrschwingel, Festuca arundinacea Schaf-Schwingel, Festuca ovina Haar-Schwingel, Festuca ovina tenuifolia Wiesenschwingel, Festuca pratensis Horstb. Rotschwingel, Festca rubra commutata Ausläufertr. Rotschwingel, Festuca rubra rubra Rohrglanzgras, Phalaris arundinacea Platthalmrispe, Poa compressa Sumpfrispe, Poa palustris Wiesenrispe, Poa pratensis Gemeine Rispe, Poa trivialis Blaues Pfeifengras, Molinea coerulea Kräuter Gemeine Schafgarbe, Achillea millefolium Wundklee, Anthyllis vulneraria Wucherblume, Chrysanthemum leucanthemum Johanniskraut, Hypericum perforatum Gemeiner Hornklee, Lotus corniculatus Sumpf-Hornklee, Lotus uliginosus Bibernelle, Pimpinella saxifraga Wiesensalbei, Salvia pratensis Kleiner Wiesenknopf, Sanquisorba minor Tauben-Skabiose, Scabiosa columbaria Gemeiner Thymian, Thymus pulegioides

nung schützt. Die verrottende Mulchschicht verbessert gleichzeitig die Humusbildung auf Rohböden. Zur Verfestigung der Mulchschicht und damit zum Schutz gegen Abspülung kann man einen pflanzenverträglichen Kleber, wie z. B. eine wasserlösliche Bi­tu­m­enlösung, darüber sprühen. Nasssaat Mischt man Samen, Dünger, Kleber, Mulchsubstrat und Wasser zusammen und bringt diese Mixtur mit Hilfe eines Druckfasses und Strahlrohres gemein-

326

11  Baumaterialien im naturnahen Wasserbau

sam aus, so spricht man von Nasssaat, auch Hydro- oder Spritzbegrünung genannt. Als Mulchsubstrat sind dann Zellulose- oder Baumwollfasern besser geeignet als Strohhäcksel, weil dieses häufig zu Verstopfungen der Strahlrohrdüse führt. Die nötigen Fahrzeuge sind relativ schwer. Die zur Nassbegrünung vorgesehenen Bö­schungsflächen müssen folglich in Spritzweite einer standfesten Baustraße liegen. Rasensoden oder Fertigrasen Ist die Erosionsgefahr besonders hoch oder aus anderen Gründen eine rasche Begrünung der Böschung erforderlich, so kommt ein Anlegen von Rasenflächen mittels Rasensoden oder Fertigrasen (Rollrasen) in Frage. Hierzu wird auf geeigneten Ra­sen­flächen die Grasnarbe mit Schälpflügen seitlich ge­schnitten und geschält. Die Rasensoden müssen feucht gehalten und unverzüg­lich auf die vorbereitete Bö­schung aufgebracht werden. Dort sind sie mit Holzpflöcken (sogenannte Spieker) zu sichern. Es kann sogar nötig sein, ein grobmaschiges Geotextilnetz aus verrottenden Fasern darüber zu legen und zu befestigen. Bei direkter Sonneneinstrahlung oder allgemeiner Trockenheit ist der Rasen solange feucht zu halten, bis er nach etwa sechs bis acht Wochen ausreichend mit dem Untergrund verwurzelt ist. Dann übernimmt er seine volle Schutzfunktion wie ein mehrjähriger, kurz gehaltener und gut gepflegter Rasen. Vegetationsmatten Neuerdings gibt es Vegetationsmatten aus verrottbaren Geotextil-Fasern, in die Böschungssamen und, wenn notwendig, auch Dünger eingearbeitet sind. Diese Matten müssen auf der Böschung aufgebracht und mit kleinen Pflöcken befestigt werden. Bei fehlendem Niederschlag müssen auch sie anfangs bewässert werden. Hinsichtlich Mikroklima und Humusbildung sind sie der Mulchsaat ver­gleich­bar und weisen die selben Probleme hinsichtlich der Anwachsphase und Pflege bis zum Entstehen eines dichten Böschungsrasens auf. Im Vergleich zu der Mulch­­saat haben sie aber den entscheidenden Vorteil, dass das Geotextil sofort nach dem Aufbringen einen mechanischen Schutz gegen Erosion bietet. Heublumensaat Soweit in der Nähe der Baustelle artenreiche Wildrasenbestände vorkommen,­ kann auch (zusätzlich) eine Heublumensaat vorgenommen werden. Dazu sind samenreife Bestände zu mähen und das Mähgut z. B. auf den Böschungen auszubringen. Diese Art der Rasenbegründung ist arbeitsintensiv, wobei das An­wach­sen aller Arten nicht garantiert ist. Der Ausdruck „Heublumensaat“

11.1  Pflanzen

327

stammt von der früheren bäuerlichen Praxis, den samenreichen Boden auf den Heuböden zusammenzukehren und wieder als Samen zu verwenden. Sukzession Wenn kein baldiger Erosionsschutz notwendig ist, kann man auch die natürliche Entwicklung auf einem, wenn möglich, mager hergerichteten Standort abwarten. Diese Sukzession läuft besonders erfolgreich ab, wenn in der näheren Umgebung artenreiche Pflanzenbestände vorhanden sind. Durch die Selbstbegrünung entwickeln sich normalerweise vielfältige Pflanzenbestände, die näherungsweise eine dem natürlichen Spektrum entsprechende Artenzusammensetzung aufweisen. Haben sich aber aus benachbarten Flä­chen zu viele Ackerwildkräuter angesiedelt und soll das Ziel „Wildrasen“ aufrechterhalten bleiben, so sind in den ersten Jahren mehrere Schnitte zu empfehlen. Rasenpflege Böschungsrasen bedarf einer wiederkehrenden Pflege. Zum optimalen Schutz ge­gen den Angriff des fließenden Wassers ist er jährlich, meistens sogar zweimal, zu mähen. Das gemähte Gras sollte nicht auf der Fläche verbleiben, da der Rasen sonst Schimmelschäden erhält und mastig werden kann. Dies ist insbesondere dann kostenintensiv, wenn das Schnittgut nicht verwertet, sondern in eine Kompostieranlage verbracht werden muss. Deshalb ist es gün­stig, solche zweischürigen Wiesen auf flachen Böschungen kostenlos an Land­wirte zu verpachten. Ko­stengünstig ist auch eine Beweidung mit Schafen. Diese reißen das Gras nicht aus, sondern beißen es kurz ab. Im Vergleich zu Rindern ist die Trittbelastung ge­ringer. Ist es das Ziel der Rasenpflege, ein Aufkommen von Gehölzen zu verhindern, so reicht in aller Regel eine Mahd alle zwei bis drei Jahre aus. Dieses Mähgut ist aber meist nicht mehr zu verwerten. Haben sich allerdings Gehölze mit einer starken Regenerationsfähigkeit flächig angesiedelt, die eine Mahd aufgrund ihrer hohen Ausschlagfähigkeit weitgehend überstehen, so ist eine jährliche Mahd bei gleichbleibender Schnitthöhe unerlässlich. Halbtrockenrasen Aus der Sicht des Artenschutzes besteht z. B. auf Deichen die Möglichkeit, Rasengesellschaften so anzulegen, zu entwickeln und zu pflegen, dass artenreiche Wildgrasfluren (Halbtrockenrasen) entstehen. Neben der großen Artenvielfalt erweist sich auch der geringe Pflegeaufwand auf solchen Flächen als vorteilhaft. Eine wirtschaftliche Nutzung ist auf diesen Flächen nur unter Berücksichtigung des Artenschutzes möglich.

328

11  Baumaterialien im naturnahen Wasserbau

Halbtrockenrasengesellschaften können in unseren Breiten nur auf durchlässigem Material begründet werden. Der Oberbodenauftrag ist auf diesen Flächen so gering wie technisch machbar vorzunehmen. Am erfolgversprechendsten sind Abdeckungen um 5 cm, wobei das Material einen hohen Sand­ anteil aufweisen und keinesfalls aus Acker- und Intensivgrünland stammen sollte. Fertige Wildrasenmischungen sind meist nicht verwendbar, da oftmals stand­ort- und sogar florenfremde Arten enthalten sind. Deshalb erscheint eine ge­zielte Auswahl zum Kauf von Gräsern und Kräutern bei Saatgutfirmen nach Tabelle 11.1 sinnvoll. Die Einsaatdichte soll gegenüber herkömmlichen Angaben (20 bis 30g/m2) bei Gräsern nicht wesentlich über 6 g/m2 liegen und zu­sätz­ lich einen Kräuteranteil von etwa 1 bis 2 g/m2 aufweisen. Die Artenfülle solcher Rasen ist solange gewährleistet, als ein Überwachsen mit Gehölzen unterbleibt und die Flächen nicht gedüngt werden. Deshalb müssen die Wildrasen im Abstand von einem bis zu mehreren Jahren gemäht werden, wobei das Mähgut abzufahren ist. Der Zeitpunkt der Mahd sollte in der Regel erst Anfang September oder später liegen, damit die Mehrzahl der Gräser und Kräuter zur Blüte und Samenreife kommt. Bei großen, zusammenhängenden Flä­chen kann die Pflege auch durch eine Wanderschäferei (s. Kap. 12.3.1) erfolgen. Bei Deichaufhöhungen muss immer der Oberboden abgetragen werden. So­ fern hier artenreiche Wildrasen wachsen, sollte dieser Oberboden in Form von Soden auf eine Zwischendeponie gebracht und später wieder angedeckt werden. Dabei wird zwar ein Teil der Pflanzen absterben, der verbleibende Rest und ein gewisser Samenanteil im Boden gewährleisten jedoch, dass das vorhandene Ar­ten­gefüge weiterhin erhalten bleibt.

11.1.2 Röhrichte Die häufigste Röhrichtart an Fließgewässern ist Rohrglanzgras (Phalaris arundinacea), das sich völlig problemlos aussäen lässt. Bei Gewässern mit geringen Fließgeschwindigkeiten kann auch das Schilf (Phragmites communis) nennenswerte Fließgewässerröhrichte ausbilden. Obwohl das Schilf reichlich Samen produziert, ist eine Ansaat kaum möglich, da fast alle Samen des Schilfs taub und somit nicht keimfähig sind. Es verbreitet sich natürlich fast nur vegetativ mit Hilfe seiner reichlich vorhandenen Ausläufer. Manchmal durchsetzen und ersetzen auch Seggenarten (Carex spec.) die Fließgewässerröhrichte. In ruhigeren Zonen mischen sich mitunter etliche Begleitarten in diese Röhrichte ein und bilden z.T. lockere Bulte aus. Hierzu zählen Arten wie z. B. Gelbe­ Schwertlilie (Iris pseudacorus, s. Bild 10.9), Igelkolben (Sparganium spec.), Schwa­­nenblume (Butomus umbellatus), Pfeilkraut (Sagittaria sagittifolia) und, vor allem in sehr nährstoffreichen Situationen, Großer Wasserschwaden (Glyceria maxima). Diese Arten werden entweder gepflanzt oder als Soden (zusammen mit anderen Röhrichtarten) ausgebracht.

11.1  Pflanzen

329

Um sicher zu gehen, dass man dem Naturraum entsprechendes Pflanzenmaterial erhält, ist es bei letzterem sinnvoll, ganze Schollenstücke an vergleichbaren Stand­orten desselben Flusssystems zu gewinnen und zu verpflanzen. Hierzu sticht man mit dem Spaten Stücke der Röhrichtvegetation mit dem dazugehörigen Wur­zelhorizont und einer anhaftenden Scholle des Bodens aus und baut sie mitsamt den Wurzeln, Rhizomen usw. im vorgesehenen Uferbereich ein. Je grö­ ßer diese verpflanzten Schollen sind, um so höher ist die Anwuchssicherheit. Ist im Gewässersystem kein geeignetes Pflanzenmaterial vorhanden oder darf dies nicht gewonnen werden, so gibt es in speziellen Gärtnereibetrieben Röhricht in Ballen zu kaufen. In diesem Zusammenhang darf man sich nicht dazu ver­leiten lassen, attraktive Sorten zu nehmen, die selbstverständlich viel häufiger angeboten werden. Üblicherweise reicht es aus, eine Scholle auf 5 Meter Uferlänge als Startpflanzung zu transplantieren. Ist der Standort geeignet, so breitet sich das Röhricht rasch aus. Grundsätzlich können Schollen das ganze Jahr über verpflanzt werden. Während der Vegetationsperiode ist die Gefahr, dass die Ballen austrocknen­ und nicht wieder anwachsen, aber höher. Der beste Verpflanzungstermin ist also das zeitige Frühjahr. Insbesondere Schilf und Rohrglanzgras können auch dadurch verpflanzt wer­den, dass nur Abschnitte von Wurzeln und Rhizomen gewonnen und frisch vergraben werden. Für Schilf ist eine Halmpflanzung möglich. Hierzu werden einzelne Halme unter der Bodenoberfläche abgestochen und am neuen Standort zu mehreren in vorbereitete, etwa 30 cm tiefe Pflanzlöcher gesteckt. Die Löcher werden durch Zutreten verschlossen. Geeignete Zeit ist das späte Frühjahr, wenn das Röhricht im kräftigen Wachstumsschub steckt. Röhrichte können heute auch in „vorkonfektionierten“ Vegetationsmatten oder -walzen gekauft werden. Hierfür werden Samen, Sporen oder Wurzeln von Röhrichtpflanzen zwischen oder in verrottende Geotextilbahnen eingenäht. Die Matten bzw. Walzen werden am Ufer bzw. entlang der Uferlinie ausgebracht und mit Pfählen und Holzpflöcken befestigt. Die Pflanzenteile schlagen aus und bilden flächige bzw. lineare Röhrichtsäume. Da es sich um lebendes Material handelt, müssen Vegetationsmatten und -walzen gesondert antransportiert und rasch eingebaut werden. An wenig beanspruchten Ufern können direkt an der Wasserlinie und knapp darüber auch wurzelintensive, anspruchslose und reichlich blühende Stauden angesiedelt werden. Dazu zählen z. B. der Blutweiderich (Lythrum salicaria), der Gilbweiderich (Lysimachia vulgaris, s. Farbtafel 14 S. 428 unten) und Mädesüß (Filipendula ulmaria). Dies gilt besonders auch für die Pestwurz (z. B. Petasites hybridus, s. Farbtafel 21 S. 435 oben), die mit einem dichten Geflecht aus Wurzeln und unterirdischen Ausläufern flach ansteigende Innenufer auf Dauer festigen kann. Röhrichte, insbesondere Rohrglanzgras und Uferstauden, breiten sich längs der Gewässer auch selbständig aus. Sie fassen in umgestalteten Fließgewässern rasch Fuß und bilden in wenigen Jahren nahezu durchgehende Säume aus, sofern ihre Ansiedlung nicht durch Mahd in der Wasserwechselzone unterbunden wird.

330

11  Baumaterialien im naturnahen Wasserbau

11.1.3 Gehölze Bäume und Sträucher an unseren Fließgewässern sind wichtige Strukturelemente, schützen die Ufer, beschatten die Gewässer, dienen als Lebensraum, verbessern gleichzeitig die Lebensbedingungen für Wasserorganismen und lockern das Landschaftsbild auf. Wie bedeutsam eine einzige Baumart an Fließgewässer sein kann, hat Jürging (2003) beispielhaft für die Schwarzerle (Alnus glutinosa) zusammengestellt. Soll ein neuer Bestand begründet werden, so ist bei der Artenwahl auf ihre Eigenschaften und die naturraumtypischen Wuchs­ orte zu achten. Hier­zu sind in Tabelle 11.2 heimische Gehölze nach Wuchshöhe, Standort und ingenieurbiologischen Eigenschaften zusammengestellt. Gehölze werden in aller Regel gepflanzt oder als „Steckholz“ gesteckt. Eine Aussaat spielt bei Gehölzen an Gewässern aufgrund der langen Entwicklungszeit keine so große Rolle. Dasselbe gilt für die natürliche Sukzession. Gehölzsaat Grundsätzlich lassen sich alle Gehölze durch Saat vermehren. Dabei ist es häufig am besten, nur den Boden vorzubereiten und auf natürlichen Samenanflug zu warten. Weiden-, Pappel- und Erlensamen benötigen feuchten Rohboden um keimen zu können. In der Natur werden sie insbesondere durch das Wasser oder vom Wind verfrachtet, finden die von vorangegangenen Hoch­wasser vorbereiteten Spülsäume, keimen und wachsen dort. Sollen z. B. Weiden- und Pappelbestände flächig durch Samenanflug begründet werden, müssen feuchte, d.h. grundwassernahe Rohböden, durch Pflügen oder Eg­gen vorbereitet und zur Zeit des Samenfluges (etwa Ende Mai bis Anfang Juni) bereit liegen. Auch Samen anderer Gehölzarten werden vom Wind verfrachtet; je nach „Flug­­fähigkeit“ unterschiedlich weit. Hierzu gehören z. B. Birken, Ahorn, Linde, Esche und Ulme. Die Samen dieser Baumarten keimen auch auf Rohböden. Schwere Samen fallen dagegen zu Boden und werden durch Vögel und Nagetiere vertragen. Sie gelangen so aus dem Kronenbereich des Mutterbaumes hinaus und werden häufig im Erdreich vergraben, wo sie im Frühjahr keimen (z. B. Eiche, Buche, Vogel- und Traubenkirsche, Eberesche, Wildbirne und Holzapfel, Weißdorn, Holunder und Hasel). Um Gehölze künstlich durch Ansaat zu vermehren, sollten die Strategien der Natur angewendet werden. Samen, die vom Wind verfrachtet werden, sind nur ein bis drei Zentimeter in den Boden einzuarbeiten oder leicht mit humosem Boden zu überdecken. Frucht- und nussartige Samen sind fünf bis zehn Zentimeter in den Boden, z. B. in kleine Löcher, einzubringen. Der Saatzeitpunkt ist richtig, wenn auch in der Natur die betreffenden Samen reifen bzw. zu Boden fallen. Das Risiko einer Gehölzsaat ist dennoch hoch. Vögel und Landtiere aller Art bedienen sich und fressen die Samen auf. Die ausgebrachten Samenmengen

35 35 30 30 30 30 30 30 30 30 25 25 25 25 25 20 20 20

Zitterpappel (Populus tremula)

Bergulme (Ulmus glabra)

Flatterulme (Ulmus laevis)

Silberpappel (Populus alba)

Sommerlinde (Tilia platyphyllus)

Stieleiche (Quercus robur)

Bergahorn (Acer pseudoplatanus)

Gemeine Esche (Fraxinus excelsior)

Graupappel (Populus canescens)

Winterlinde (Tilia cordata)

Silberweide (Salix alba)

Rotweide (Salix rubens)

Spitzahorn (Acer platanoides)

Schwarzerle (Alnus glutinosa)

Feldulme (Ulmus minor)

Hainbuche (Carpinus betulus)

Vogelkirsche (Prunus avium)

Höhe

Schwarzpappel (Populus nigra)

Gehölze

10

15

15

10

15

15

20

25

10

15

15

20

20

20

20

20

15

20

W

W

W

W

W

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

S

S

S

S

S

S

S

S

E

E

E

E

E

E

E

E

E

E

Breite Hauptverbreitung der Gehölze in außeralpinen, naturnahen Wäldern an Gewässern

Intensivwurzler

intensiver Tiefwurzler, Stockausschlag, schnittvertr.

mitteltiefes Wurzelsystem, Stockausschlag, Ausläufer

Tiefwurzler (a. unter MW oder GW), Stockausschl.

Herzwurzler, intensiv

mittleres Wurzelsystem

mittl. Wurzelsystem, Stockausschlag, überflutungstol.

flacher Herzwurzler

kräftiges Herzwurzelsystem, guter Rohbodenbesiedler

Gutes Wurzelsystem (bei GW flach), Stockausschlag

Herz-Senkwurzelsystem

Herzwurzler, tiefgreifende Hauptwurzeln

Herzwurzler, flache, dicht verzweigte Feinwurzeln

offene, sandige Böden

Tiefwurzler, Ausläufer, Stockausschlag

Tiefwurzler, Stockausschlag

Ausläufer, Rohboden

Flachwurzler

Ingenieurbiologische Eigenschaften

Tabelle 11.2  Mittlere Höhen und Breiten (Kronendurchmesser) standortgerechter und heimischer Gehölzarten an Fließgewässern; geordnet nach Wuchshöhen in Metern unter Angabe iher Hauptverbreitung und ihrer ingenieurbiologischen Eigenschaften

11.1  Pflanzen 331

15 15 15 10 10 10 10  8  8  8  8  7  7  7

Eberesche (Sorbus aucuparia)

Grauerle (Alnus incana), nur Südd.

Gewöhnliche Traubenkirsche (Prunus padus)

Feldahorn (Acer campestre)

Lavendelweide (Salix elaeagnos) nur Südd.

Wildbirne (Pyrus pyraster)

Hasel (Corylus avellana)

Holzapfel (Malus sylvestris)

Zweigriffeliger Weißdorn (Crataegus oxyacantha)

Korbweide (Salix viminalis)

Eingriffeliger Weißdorn (Crataegus monogyna)

Schwarzer Holunder (Sambucus nigra)

Pfaffenhütchen (Euonymus europaeus)

Höhe

Bruchweide (Salix fragilis)

Gehölze

Tabelle 11.2  Fortsetzung

 3

 5

 5

 4

 5

 6

 6

 5

 7

 8

10

 8

 8

10

Breite

W

W

W

W

H

H

H

H

H

H

H

H

H

S

S

S

S

S

S

S

E

E

E

E

E

E

E

Hauptverbreitung der Gehölze in außeralpinen, naturnahen Wäldern an Gewässern

mitteltiefes Wurzelsystem, guter Stockausschlag

Flachwurzler, Stockausschlag, Ausläufer

Intensivwurzler, anspruchslos, schnittverträglich

Flachwurzler, Stockausschlag, Rohböden, Uferbefestig.

Intensivwurzler, anspruchslos, schnittverträglich

Herzwurzler, Stockausschlag, Wurzelbrut

Herzwurzler, Stockausschlag

mittleres Wurzelsystem

robuster Bodenfestiger

Intensivwurzler, Stockausschlag

Flach- und Intensivwurzler, Stockausschlag

mitteltiefes Wurzelsystem

mitteltiefes Wurzelsystem, Stockausschlag, Wurzelbrut

Tiefwurzler, Stockausschlag

Flachwurzler, Stockausschlag, guter Uferbefestiger

Ingenieurbiologische Eigenschaften

332 11  Baumaterialien im naturnahen Wasserbau

6 5 5 5 5 5 5 4 4

Grauweide (Salix cinerea)

Schwarzweide (Salix nigricans)

Sanddorn (Hippophae rhamnoides), nur Südd.

Faulbaum (Rhamnus frangula)

Liguster (Ligustrum vulgare)

Purpurweide (Salix purpurea)

Rote Heckenkirsche (Lonicera xylosteum)

Gewöhnlicher Schneeball (Viburnum opulus)

3

3

3

3

3

3

4

6

4

5

Breite

W

W (bis dealpin)

W

W

H

H

H

H

H

S

S

S

S

E

E

Hauptverbreitung der Gehölze in außeralpinen, naturnahen Wäldern an Gewässern

flacher Intensivwurzler, Wurzelbrut, Stockausschlag

Flachwurzler

sehr guter Flachwurzler, Stockausschlag, a. Rohböden

Intensivwurzler, Stockausschlag, Ausläufer

Wurzelbrut, Stockausschlag

intensiver Tiefwurzler, Ausläufer

mittleres Wurzelsystem, Stockausschlag

dichtes Wurzelsystem, Stockausschlag, Ausläufer

gute Durchwurzelung, Stockausschlag, Wurzelausläufer

intensives flaches Wurzelsystem, Stockausschlag

Ingenieurbiologische Eigenschaften

Berücksichtigung fanden nur Bäume und Großsträucher, die wenigstens eine Höhe von 4 Metern erreichen können. Die angegebenen Höhen beziehen sich auf ausgewachsene Gehölze, die sich unter einem nicht zu großen Konkurrenzdruck (vergleichbar mit Solitärgehölzen) weitgehend frei entwickeln können. W = Weichholzaue (Überflutungen an 30 bis 150 Tagen im Jahr) H = Hartholzaue (Überflutungen an bis zu 30 Tagen im Jahr) S = Wälder in Auen mit hoch anstehendem Grundwasser und regelmäßigen, aber nur kurz andauernden Überschwemmungen, vorwiegend im Frühjahr (z. B. Schwarzerlen-Eschen-Auenwald) E = Wälder an Fließgewässern ohne ausgeprägte Aue und weitgehend fehlenden bzw. nur kurz andauernden Überschwemmungen (z. B. ErlenEschenwälder oder Ahorn-Eschenschluchtwälder)

6

Roter Hartriegel (Cornus sanguinea)

Höhe

Mandelweide (Salix triandra)

Gehölze

Tabelle 11.2  Fortsetzung

11.1  Pflanzen 333

334

11  Baumaterialien im naturnahen Wasserbau

müssen folglich groß genug sein, damit ein kleiner Rest auf der Fläche verbleibt. Wasser- und Winderosion können die Samen wegspülen oder verblasen. Schimmelpilze und Bakterien zerstören einen Teil der Samen und krautige Vegetation kann die Keimlinge und kleinen Pflänzchen ersticken. Auch außergewöhnliche Trockenzeiten können den Erfolg einer Ansaat beeinträchtigen. Die Anwachsrisiken können innerhalb einer Fläche stark differieren und ein gleichmäßiger Er­folg ist nicht sicher. Eine Kontrolle und Anwuchspflege ist bei der Ansiedlung durch Saat unerlässlich. Vorteil der Saat ist, dass sie preiswert ist und sich bereits die Keimlinge an den Standort anpassen. Die Erfolgsaussichten sind am größten, wenn das Saat­ gut aus dem gleichen oder zumindest einem vergleichbaren Landschaftsraum stammt. Gehölzanpflanzung Der Anwuchserfolg und insbesondere eine bewusste Verteilung in der Fläche sind beim Anpflanzen von Gehölzen besser als bei der Saat. Arten- und Pflanzenwahl müssen Naturraum und Standort entsprechen (s. Tabelle 11.2). Am besten­ sollte es sich um autochthones Material aus dem gleichen Talraum handeln. Sind solche Pflanzen in Baumschulen nicht verfügbar, so können Baumschulen Jungpflanzen aus im Talraum gewonnenen Samen vorziehen, oder man legt sich selbst einen Pflanzengarten an. Pflanzungen benötigen einen Vorlauf von mindestens zwei bis drei Jahren. Ein einmaliges Umschulen ist vorteilhaft. Falls vorhanden, können auch Jungpflanzen aus der Natur gewonnen und verpflanzt werden. Wichtig ist, dass die Pflanzen kräftig und gut bewurzelt sind. Dann wachsen sie schnell über die sie umgebende Vegetation heraus und nur eine geringe Anwuchspflege ist er­ for­der­lich. Die Wurzelballen müssen feucht gehalten werden bzw. dürfen nicht an- oder gar austrocknen. Der Boden muss für die Pflanzung vorbereitet werden. Schwere, bindige Bö­den müssen tiefer gelockert werden, als die Pflanzlöcher tief sind. Andernfalls läuft in diesen Wasser zusammen und erstickt die Pflänzchen. In leichten, durchlässigen Böden reicht das Graben der Pflanzlöcher mit dem Spaten oder speziellen Pflanzbohrern. Das Graben von Pflanzlöchern und vor allem das Tieflockern des Bodens ist an Uferböschungen wegen der Erosionsgefahr kritisch. Die Löcher müssen ausreichend groß sein, damit der Wurzelballen nicht eingeengt wird. Die Wurzeln sollten beim Pflanzen leicht beschnitten werden. Verletzte und übergroße Wurzeln sind fachgerecht zu entfernen. Die Löcher sollten mit Substrat ver­­­füllt werden, das dem bisherigen Standort entspricht, d.h. bei Waren aus Pflanzenschulen sollte im unmittelbaren Wurzelbereich humushaltiger Boden ein­gefüllt werden. Die verfüllten Pflanzlöcher sind leicht anzutreten und zu wässern, damit keine Hohlräume um die einzelnen Wurzeln verbleiben und diese dann eintrocknen. Die beste Pflanzzeit ist die Vegetationsruhe, jedoch nicht wäh­rend der Frostperioden. Größere Pflanzen, wie Heister oder Hochstämme, sind fachgerecht an Pflöcken zu sichern.

11.1  Pflanzen

335

Anwuchsrisiken für Pflanzungen stellen Wühlmäuse und ähnliche Tiere, ggf. Engerlinge, dar, welche die Wurzeln abfressen. Schäden drohen auch von Mäusen und Hasen, die bei länger anhaltender Schneelage die Rinden von Gehölzpflanzen abfressen. Gegen Wildverbiss und Fegeschäden helfen ein wilddichter Zaun oder ein Einzelschutz durch Drahthosen oder Kunststoffmanschetten. Auch das Be­streichen der Triebe mit Vergrämungsmitteln kann hilfreich sein. Bei Fraß- und Trittschäden durch Weidevieh ist ein Abzäunen nötig. Pflanzungen sind wäh­­rend der Anwuchsphase zu kontrollieren, ggf. freizuschneiden und bei Trockenheit zu gießen. Bisam, Biber und Nutria erfordern spezielle Sicherungsmaßnahmen (DVWK, 1997b). Weiterhin können Hochwasser, Treibgut und Eisgang Gehölzpflanzungen beschädigen. Steckhölzer Ein Sonderfall der Gehölzansiedlung ist die Verwendung von Stecklingen und Steckhölzern. Im wesentlichen werden aber in der Praxis nur Baum- und Strauch­weiden (Beispiele s. Bild 11.1) mit Ausnahme der Salweide (Salix ca­ pera) verwen­det. Grundsätzlich sind jedoch fast alle Gehölze ausschlagfähig. Als Steckhölzer werden 60 bis 80 cm lange Stücke von etwa 2 bis 6 cm starken Wei­denästen abgeschnitten. Wie Faschinen werden sie in der Vegetationsruhe ge­wonnen und zeitnah, d. h. innerhalb 1 bis 2 Wochen, verwendet. Müssen sie auf Vor­rat gelegt werden, so sind diese feucht einzuschlagen. Steckhölzer werden unten zugespitzt oder schräg abgeschnitten. In weiche Böden können sie eingeschlagen werden, wonach gesplittertes Holz abgeschnitten werden muss. Ansonsten sind mit Stemmeisen Löcher zu rammen, in die sie eingesetzt werden. Etwa zwei Drittel des Steckholzes sollte im Boden stecken, etwa ein Drittel des Steckholzes, mit mindestens drei bis vier Knospen, sollte herausschauen. Die Löcher sind festzutreten, damit das Steckholz satt vom Boden um­mantelt wird und nicht austrocknet. Steckhölzer werden insbesondere zum Be­festigen von Faschinenbündeln und Spreitlagen sowie als Pflöcke oder Pfähle für Flechtzäune und zum Hinterpflan­zen von Sedimentationszonen hinter Rauhbäumen, Flechtzäunen und Stangenbeschlächt verwendet. Steckhölzer sind auch zum Bepflanzen von Uferböschungen geeignet, weil keine großen Pflanzlöcher gegraben werden müssen. In Kombination mit Steinwurf und Steinsatz verbessern sie die Verbindung zwischen dem Steinverbau und der Ufervegetation. Beim Schneiden des Materials sollte dieses nicht nur von einer „Mutterpflanze“ entnommen werden, da die aufkommenden Gehölze ansonsten als „Klone“ alle dieselben Wuchseigenschaften aufweisen und somit der gesamte Bestand auf bestimmte Umwelteinwirkungen (z. B. auf Nassschnee, extremen Frost oder Sturm, aber auch bei einem eventuellen Schädlingsbefall) einheitlich reagieren und im Extremfall alle ausfallen.

336

11  Baumaterialien im naturnahen Wasserbau

Bild 11.1  Weidenarten

Erlensterben Systematische Erkrankungen von Bäumen hat es immer einmal gegeben, denken wir nur an das sogenannte Ulmensterben vor wenigen Jahrzehnten. Nun macht uns diesbezüglich die Schwarzerle (Alnus glutinosa) erhebliche Sorgen.­ Sie gehört neben einigen Weidenarten zu den wenigen Baumarten, die sehr gut­ mit hoher Bodennässe und mit rohen Nassstandorten zurecht kommen (DVWK-GfG, 2004; Werres, 2004). In natürlichen Auen steht die Erle vorwiegend im Bereich der Fließgewässerdy­ namik. Sie verträgt Überflutung, Überstau, Überschotterung, Eisgang sowie Grundwasserschwankungen. Alles Standorteigenschaften, die der Erle wenig Konkurrenz erwachsen lassen. Nur anspruchslose Gehölze wie die Erle, mit guter Keimfähigkeit, guter Durchwurzelung des Standortes und hoher Regenerationsfähigkeit können hier bestehen. Heute findet man die Schwarzerle noch

11.1  Pflanzen

337

an etlichen Flüssen und vor allem aber an vielen kleineren Fließgewässern. Sie bildet dort oftmals an den Ufern als Hauptbaumart mehr oder weniger geschlossene Gehölzsäume aus. Seit knapp zwei Jahrzehnten greift nun eine spezielle Erkrankung der Erlen, insbesondere der Schwarzerle, um sich. Diese Krankheit, ein Pilzbefall, die sogenannte Phytophthora-Wurzelhalsfäule, zeigt sich zunächst durch kleine, oft vergilbte Blätter, später durch eine zunehmend austrocknende Krone mit büscheliger Restbelaubung, oftmals einhergehend mit starkem Blühen und reichlich Zapfenbildung (Notfruchtung). An verholzten Wurzeln sowie vom Stammfuß aufsteigend bilden sich schwarzbraune Schleimflussflecken (Teerflecken) und das Gewebe wird zunehmend zerstört. Wenn stammumfassende Nekrosen auftreten, führt dies innerhalb wenigen Jahre zum Absterben des Baumes. Ausgerechnet der natürliche Lebensraum an Gewässern könnte nun der Schwarz­ erle zum letalen Verhängnis werden, da die Sporen vieler Phytophthora-Arten auf ein Leben im Wasser angepasst sind und somit ihre Verbreitung in Überflutungsbereichen und damit speziell entlang von Gewässern enorm begünstigt wird. Inzwischen hat sich diese Erlenerkrankung in fast allen größeren Flusssystemen Europas ausgebreitet (DVWK-GfG, 2004; Werres, 2004). Eine direkte Bekämpfung der Erlen-Phytophthora, z. B. mit Fungiziden, ist aufgrund der Lebensweise des Pilzes sowie gesetzlicher Bestimmungen nicht möglich. Mit einer Neubepflanzungen an Bächen und Flüssen lässt sich das Problem offensichtlich auch nicht lösen, da viele scheinbar gesunde, aber bereits infizierte Jungerlen aus Baumschulen kommen und somit die Verbreitung der Krankheit eher begünstigen können. Auf jeden Fall wäre es besser, dass, wenn eine Pflanzung von Gehölzen notwendig erscheint, bevorzugt andere Arten, wie z. B. Eschen oder Weiden, verwendet werden. Als realistische Gegenmaßnahme wird oftmals das „auf den Stock setzen“ genannt, da sich danach reichlich Stockausschläge bilden, die auch noch nach Jahren gesund sind und ein kräftiges Wachstum zeigen (Blaschke et al., 2001). Bliebe also nur ein gleichzeitiges, systematisches „auf den Stock setzen“ oder im Extrem, wie bereits mancherorts andiskutiert, ein rigoroses Entfernen aller Erlen an den „befallenen Gewässern“ und dessen Überschwemmungsbereichen von der Quelle bis zur Mündung bzw. bis zum letzten Baum flussabwärts. Dies kann und darf aber auf keinen Fall das erklärte Ziel bei der Bekämpfung der Erlen-Wurzelhalsfäule sein. Unabhängig von den wasserwirtschaftlichen und ökologischen Funktionen der Erlensäume und dem Charakter des Landschaftsbildes wäre ein derartiges Vorgehen sicherlich ein zu arbeitsintensives, möglicherweise uferdestabilisierendes und vermutlich auch unnötiges Überreagieren. Noch dazu, wenn man bedenkt, dass ein dann als „Phytophtora-frei“ erklärtes Fließgewässer durchaus neu infiziert werden kann, z. B. durch Wasservögel, die den Pilz aus anderen Gebieten einschleppen können. Es genügt sicherlich, alle paar Jahre befallene Schwarzerlen (und im Alpenvorland auch Grauerlen) „auf den Stock zu setzen“, so dass die gesunden bzw. noch gesund aussehenden Erlen weiterhin einen, wenn auch mitunter lückigen Gehölzsaum an unseren Gewässern ausbilden können. Müssen in einigen Jahren erneut in der Zwischenzeit erkrankte Erlen „auf den Stock gesetzt“ werden, so haben die

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11  Baumaterialien im naturnahen Wasserbau

in den Vorjahren „auf den Stock gesetzten“ Erlen bereits neue Triebe ausgebildet, die in wenigen Jahren wieder eine erwünschte Gehölzkulisse ausbilden können. Zusätzlich wird in Zukunft verstärkt auf eine Selbstansiedlung (natürliche Sukzession) bzw. Naturverjüngung zu setzen sein. Dieses Vorgehen hilft sicherlich mit, dass die Schwarzerle in unseren Gewässerlandschaften weiterhin präsent ist und es fördert zugleich eine größere genetische Vielfalt innerhalb der Erlenstandorte, was im Hinblick auf die Entwicklung von widerstandsfähigeren bzw. resistenten Erlen gegenüber der Erlen-Phytophthora sicherlich von großem Vorteil sein könnte (Jürging, 2003).

11.2 Steine In geschiebeführenden Fließgewässern sind Steine der geeignete Baustoff. Sie müssen frostbeständig, abrieb- und schlagfest sowie ausreichend widerstandsfähig gegen Verwitterung sein. Einen Überblick über verschiedenen Gesteinsarten, die im naturnahen Wasserbau eingesetzt werden, gibt Tabelle 11.3.

Tabelle 11.3  Kenndaten von im naturnahen Wasserbau eingesetzten Gesteinen Gestein

mineralische Bestandteile

Rohdichte ρ [kg/m3]

Schlagfestigkeit Schläge bis zur Zerstörung

Erstarrungs­ gesteine: Granit Syenit Diorit

Feldspat, Quarz, Glimmer Feldspat, Hornblende Hornblende, Feldspat

2600 – 2800 2600 – 2800 2700 – 3000

10 – 12 10 – 12 10 – 15

Feldspat, Augit, Olivin Augit, Feldspat Feldspat u. div. Kristalle

2900 – 3000 2800 – 3000 2500 – 2800

12 – 17 11 – 16 11 – 13

Kalkspat, Quarz, Glimmer, Ton Kalkstein mit Magnesia Lichter Sandstein Karbonatisches Konglomerat

(1700) – 2800   2500 – 2700   2600 – 2800    600 – (2400)

   – 11   8 – 10 10 – 15

Ergussgestein: Basalt Diabas Porphyr Ablagerungs­ gestein: Kalkstein Dolomit Grauwacke Nagelfluh

Anmerkung: Bei Kalkstein und Nagelfluh gibt es je nach Zusammensetzung sehr unterschiedliche Ausbildungen, die teilweise nicht frostbeständig sind. Nagelfluh härtet an der Luft nach. Insbesondere bei Kalkstein spielt die Gewinnung eine Rolle. Bei Verwendung brisanter Sprengstoffe bei der Gewinnung können sich zunächst nicht sichtbare Risse bilden, die nach Frosteinwirkung zum Zerfall der Steine führen.

11.2  Steine

339

11.2.1 Chemismus Bei der Auswahl der Steine ist zu beachten, dass diese zum Einzugsgebiet passen. Jedes Fließgewässer enthält je nach geologischem Aufbau des Einzugsgebietes eine gewisse Fracht an gelösten Stoffen. Überwiegen kristalline Gesteine und kalk­­­arme Sandsteine, wer­den die gelösten Mengen gering sein. In Gebieten mit Kalk- und Gipsvorkommen steigt der Gehalt an gelösten Materialien stark an. Ausschlaggebend dafür ist der Kohlensäuregehalt des Wassers. Dieser löst so­wohl Kalkstein (CaCO3) als auch Dolomit (CaMg (CO3)2). Die Biozönosen sind an die Umgebungsbedingungen ihres Lebensraumes an­gepasst. Extrem sind die Bedingungen in Urgesteinsgebieten mit ihren von Natur aus sauren Gewässern. Deren pH-Wert sinkt durch den sauren Regen noch weiter ab. Derartige Gewässer neigen z.T. zur biologischen Verödung. Dort ist zu entscheiden, ob Kalksubstrat zur Abpufferung der Säureanteile eingesetzt werden soll.

11.2.2 Grundsätze des Arbeitens mit Steinen Größe und Gewicht der verwendeten Steine können nicht der Korngröße des na­türlich vorkommenden Substrats entsprechen. Vielmehr müssen sie dem jeweiligen Einbauziel angepasst, d.h. ausreichend groß und schwer sein, damit sie von der Strömung nicht wesentlich fortbewegt werden. Leichte Veränderungen gibt es immer. Beispielsweise gräbt sich ein großer Stein solange in die Sohle ein, bis sich ein ausreichendes Stützgerüst unter und um ihn herum gebildet hat. Örtlich wird die Fließbewegung um den Stein herum beschleunigt, was zu der in diesem Fall gewünschten Kolkausbildung seitlich, leicht unterstrom, des Steines führt (s. Bild 11.2). Steht nur leichtes Substrat an, „rollt“ der Stein nach unterstrom, in einen der von ihm selbst geschaffenen Kolke. Dieser Prozess endet, wenn der Stein soweit in die Sohle eingetaucht ist, dass er dem Wasser keinen nennenswerten Fließwiderstand mehr entgegensetzt und es nicht mehr zur Ausbildung weiterer Kolke kommt. Der Prozess wird dann vorzeitig beendet, wenn in der Flusssohle ausreichend korngestuftes Substrat ansteht. Feinmaterial wird weggespült, gröberes bleibt gerade liegen, insbesondere dann, wenn es durch das Eigengewicht des Steines festgehalten wird. Für das Arbeiten mit losen Steinen folgt daraus, dass die nötige Größe bzw. das notwendige Gewicht des einzelnen Wasserbausteins größer sein muss, als es die auftretende Schubspannung verlangt (s. Kap. 8.4). Liegt ausreichend korngestuftes Sohlenmaterial vor, dann können die Steine ohne sonstige Hilfsmaßnahmen verwendet werden, weil sich selbständig ein Stützgerüst aufbauen wird (s. Bild 11.2). In der Praxis hat sich bewährt, dass der Durchmesser des einzubauenden Was­serbausteines mindestens den fünffachen Durchmesser des natürlichen vor-

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11  Baumaterialien im naturnahen Wasserbau

Bild 11.2.  Kolkbildung und Lagerung eines Einzelsteines

kommenden Sohlenmaterials entsprechen sollte (dStein > 5 · dmax). Ist dies nicht ge­währleistet, so ist örtlich ein Filter zu schütten, der das nötige Stützgerüst aufbaut. Notfalls kann ein geotextiles Vlies die Sicherung unterstützen. Die leichten Bewegungen während des Einbaus und während der ersten höheren Abflüsse führen dazu, dass sich die Steine derart verkanten, dass sie bis an die Grenze der kritischen Sohlenschubspannung (s. Kap. 8.4) und auch darüber hinaus belastbar sind. Stark belastete Bereiche, wie z. B. Kaskaden, Sohlenriegel oder Buhnenköpfe, brau­chen ein entsprechend gegründetes Steinfundament, auf dem sich die ei­gent­liche Konstruktion über die Sohle erhebt (s. Bild 11.3). Die Fundamentsohle muss tiefer liegen als der Sohlenbereich, der bei größeren Hochwasserereignissen in Be­­wegung ist. Bei fließendem Wasser ist gegen die Fließrichtung zu arbeiten. Die ausgebaggerte „Baugrube“ füllt sich dann mit den Grobanteilen des Sohlensubstrates, da die vorhandenen Feinanteile weggespült werden. Mit der Zeit füllen sich die Hohlräume bzw. Grobporen mit verfrachtetem Feinmaterial auf. Im Nahbereich der Steinbauwerke verschiebt sich die Sieblinie des Sohlensubstrates hin zu gröberen Anteilen im Vergleich zur unberührten Sohle.

11.3  Weitere Baustoffe

341

Bild 11.3  Aufbau eines Steinfundamentes

Bei Erstellen eines „fertigen“ Bauwerkes in einer trockenen Baugrube kann sich ein Stützgerüst nicht in gleicher Weise aufbauen. Bei der Flutung eines derartigen Bauwerkes ist es möglich, dass das Wasser zwischen oder unter den Wasserbausteinen hindurchströmt und so, zumindest bis das nächste Hochwasser für eine Umlagerung des Subtrates sorgt, eine „Steinwüste“ zurückbleibt. Aber auch dann ist eine Abdichtung flächiger Steinbauwerke nicht sicher, da gröbere Ge­schiebeanteile möglicherweise nicht in die Hohlräume der Fundamente ge­lan­gen, so dass diese später wieder freigespült werden können. Durch das Abspülen von Feinanteilen wird das Wasser getrübt. Dieses Feinmaterial setzt sich in den Stillwasserbereichen ab. Es wird ein „unnatürliches, kleines“ Hochwasser erzeugt, bei dem die Wasserführung so gering ist, dass diese unter natürlichen Verhältnissen noch keine Substratverfrachtung verursachen würde. Sofern nicht gerade Laich oder andere empfindliche Organismen überschüttet werden, kann das Ökosystem einen solchen Eingriff in der Regel kom­pensieren. Durch die Wahl eines günstigen Zeitraumes für die Arbeiten können die Nachteile minimiert werden. Übersteigt die Wassertiefe die mögliche Arbeitstiefe der Baugeräte kann ein Arbeiten in fließendem Wasser durch Schütten von Arbeitsdämmen erreicht wer­ den, deren Material im Rückbau für das eigentliche Bauwerk verwendet wird.

11.3 Weitere Baustoffe Neben Steinen gibt es weitere Baustoffe, die im naturnahen Wasserbau Verwendung finden. Dazu zählen Holz, Metalle und Textilien sowie neuerdings auch künstliche Steine. Im Folgenden sollen die wichtigsten Anwendungen beschrieben werden.

342

11  Baumaterialien im naturnahen Wasserbau

11.3.1 Holz In natürlichen Fließgewässern und deren Randbereichen findet sich Holz als totes Material in vielfacher Form. Zweige und Äste bilden in kleinen, langsam fließenden Gewässern oft die entscheidenden Ufer- und Sohlenstrukturen. In Bä­-c­hen und kleinen Flüssen festigen und struk­turieren umgestürzte Bäume oder deren Wurzelstöcke oft das Ufer (s. Kap. 3.3.1). Das Holz ist Nahrungsgrundlage und Lebensraum für eine Vielzahl von Pilzen, Insekten und Vögeln, bietet Deckung und Rückzugsraum für Krebse und Fische und ist bei seinem Zerfall ein wichtiger Nährstofflieferant (s. Kap. 4.1.4). Holz ist daher ein ideales Material für naturnahe Bauweisen. Es findet Verwendung als Rauhbaum für lokale Ufersicherungen, in Form von Rundholz für Pfähle aller Art, als Stangenbeschlächt zur Böschungssicherung und, in Kombination mit Steinen, für Holzkastenbuhnen oder Krainerwände. Eingegrabene Wurzelstöcke bilden hervorragende Buhnen im Fließgewässer und belassene tote Bäume (Totholz) bereichern die Talaue (s. Kap. 10.2.4). Faschinen, d.h. zusammengebundene lange Weidenäste, werden als Flechtwerke, Senkwalzen oder Rigolen ein­gesetzt (s. Kap. 10). Bei Verwendung von Holz als „totem“ Baustoff haben Lärche, Tanne und Eiche eine höhere Lebenserwartung als andere heimische Holzarten. Konstruktionen, die sich ständig unter Wasser befinden, sind dabei langlebiger als solche in der Wasser-Wechselzone. Relativ rasch zerfallen Holzkonstruktionen, wenn sie pe­riodisch benetzt und dann wieder trocken fallen. In derartigen Bereichen sollten daher die genannten Holzarten eingesetzt werden, auch wenn sie etwas teurer sind als Fichte oder Esche (s. Kap. 10.2.4). Es bedarf keiner Erwähnung, dass für naturnahe Bauweisen kein imprägniertes Holz eingesetzt wird. Will man Holz länger haltbar machen, so kann man die Oberfläche leicht „ankohlen“. Dies bewährt sich insbesondere für Pfähle.

11.3.2 Metalle Stahl und Eisen werden als Pfähle und Pflöcke zur Stabilisierung naturnaher Querbauwerke eingesetzt. Hierfür werden abgelängte, unten zugespitzte alte Ei­ senbahnschienen eingerammt. Eng genug geschlagen, können diese die Steine von Rampen oder Sohlenschwellen sichern, ohne die Fließverhältnisse im Interstitial zu beeinflussen. Spundwände dagegen bilden ein dichtendes, flächenhaftes Bauelement. Bei Abwägen der Vor- und Nachteile, können diese dennoch in Ausnahmefällen Verwendung finden, etwa um einen freien Kolk unterhalb eines Absturzes zu ermöglichen. Metallgeflechte finden Verwendung als Drahtschotterwalzen oder als Gabionen-Drahtschotterkästen zur Böschungsfußsicherung oder als Stützmauer.

11.3  Weitere Baustoffe

343

Vor der Verwendung von Drahtgeflechten ist stets der Abrieb durch Sand und Ge­schiebe zu berücksichtigen und die Folgen, wenn das Drahtgeflecht durchgeschliffen ist. An metallischen Baustoffen kommen auch Stahlseile zum Festhängen von Rauh­­bäumen und Draht zum Binden von Faschinenwalzen u.ä. zum Einsatz.

11.3.3 Geotextilien Textile Gewebe und Vliese haben als flächige Konstruktionselemente Eingang in naturnahe Bauweisen gefunden. Matten aus pflanzlichen Fasern, wie z. B. Kokos, Jute oder Baumwolle, sichern während der kritischen Anwuchsphase gegen Erosion. Vorteilhaft ist, dass diese Materialien verrotten und sich rückstandslos in den Stoffkreislauf der Natur einfügen. Kunststofffasern in Form von Vliesen werden als flächenhafte Trennschichten und Filter verwendet, z. B. zwischen einem feinkörnigen Boden und den groben Steinen einer Rampe. Als abgedeckte, dauerhafte Konstuktionselemente sind derartige Vliese richtig eingesetzt. Kritisch zu hinterfragen ist der Einsatz von Kunst­stoff-Vliesen dort, wo diese durch UV-Einstrah­lung, Geschiebetrieb oder andere mechanische Belastungen zerstört werden können.

Kapitel 12

Gewässerunterhaltung

Für die Entwicklung von Fließgewässern spielt die Gewässerunterhaltung eine be­sondere Rolle, da diese nach Abschluss von Baumaßnahmen den Entwicklungs­prozess maßgeblich beeinflussen. Deshalb sollte die Gewässerunterhaltung be­reits frühzeitig in die Planung integriert werden. Rechtliche Grundlage der Gewässerunterhaltung ist § 28 Abs. 1 Wasserhaushaltsgesetz (WHG). Details und die Abgrenzung zum Ausbau wurden bereits in Kap. 2.4.3 behandelt. Ergänzende Regelungen finden sich im Naturschutzrecht und im Fischereirecht.

12.1 Unterhaltungslast, Eigentumsverhältnisse und Duldungspflichten Nach § 29 Abs. 1 WHG obliegt die Unterhaltung von Gewässern, „… soweit sie nicht Aufgabe von Gebietskörperschaften, von Wasser- und Bodenverbänden oder­ gemeindlichen Zweckverbänden ist, den Eigentümern der Gewässer, den Anliegern und denjenigen Eigentümern von Grundstücken und Anlagen, die aus der Unterhaltung Vorteile haben oder die die Unterhaltung erschweren. Die Länder können bestimmen, dass die Unterhaltung auch anderen Eigentümern von Grundstücken im Einzugsgebiet obliegt“ und „… in welcher Weise die Unterhaltungspflicht zu erfüllen ist“. Die Unterhaltungsverpflichtung ist somit für jeden Gewässerabschnitt zu prüfen. Sie richtet sich nach der Ordnung der Gewässer, d.h. nach der rechtlichen Kategorie, in die das Gewässer eingestuft ist (z. B. Gewässer I. Ordnung usw.), und den zugehörigen Regelungen des jeweiligen Landeswassergesetzes. Ebenso ist zu überprüfen, ob es für konkrete Gewässerstrecken Sonderverpflichtungen zur Gewässerunterhaltung gibt. Häufig sind die Betreiber von Wasserkraftanlagen, von Brücken, kreuzenden Leitungen und sonstigen Anlagen in und am Gewässer aufgrund spezieller Wasserrechtsbescheide verpflichtet, im Einwirkungsbereich H. Patt, Naturnaher Wasserbau © Springer 2009

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346

12  Gewässerunterhaltung

ihrer Bauwerke die Unterhaltung zu übernehmen oder sich daran zu beteiligen. In § 29 Abs. 2 WHG wird ausgeführt, dass „… die jeweils erforderlichen Unterhaltungsarbeiten durch eine Gebietskörperschaft oder einen Wasser- und Bodenverband oder einen gemeindlichen Zweckverband …“ sicherzustellen sind. Auch die Eigentumsverhältnisse sind sehr unterschiedlich geregelt. Zunächst ist zu klären, ob das Gewässer ein selbstständiges Grundstück ist oder im Eigentum der Anlieger steht. In letzterem Fall ist üblicherweise die Gewässermitte die Grundstücksgrenze. Unabhängig von den Eigentumsverhältnissen ist die Ge­wäs­serunterhaltung eine öffentlich-rechtliche Verpflichtung, die die Anund Hinter­lieger im Umfang des § 30 WHG und der ergänzenden Vorschriften der Länder oder des Einzelfalles zu dulden haben. Bei Schäden durch Arbeiten im Rahmen der Gewässerunterhaltung hat der Geschädigte Anspruch auf Schadensersatz (§ 30 Abs. 3 WHG).

12.2 Aufgaben der Gewässerunterhaltung Die Gewässerunterhaltung umfasst die Instandhaltung der technischen Einrichtungen (z. B. Wehranlagen, Hochwasserschutzeinrichtungen usw.) und die Beseitigung von Abflussstörungen im Gewässerbett. Im Einzelnen gehören u. a. dazu: • im aquatischen Bereich Freihalten, Reinigen und Räumen des Gewässerbettes (z. B. Entfernung von Kraut­bewuchs und Auflandungen, Entschlammungen), • im amphibischen Bereich Ufersicherungsarbeiten (z. B. Sicherung der Ufer durch naturschonende Baustoffe, Mahd von Uferröhricht und Uferstauden) und • im terrestrischen Bereich die Pflanzen- und Gehölzpflege sowie die Ufersicherung (z. B. Pflanzen und Pflegen von Gehölzen, Böschungsmahd zur Sicherung oder Herstellung einer ge­schlossenen Grasnarbe, Verfüllen von Uferabbrüchen, Sicherung der Ufer, Vorländer und wasserbaulicher Konstruktionen). Grundsätzlich sollen die Unterhaltungsmaßnahmen sowohl den wasser­wirt­ schaft­­lichen Belangen als auch denjenigen des Naturschutzes und der Landespflege dienen. Diese Zielsetzung entspricht einer starken Orientierung am § 1a Abs. 1 WHG, wonach die Gewässer als Bestandteil des Naturhaushaltes zu bewirtschaften sind (Erbes & Louis, 1999). Diese integrale Betrachtungsweise wird auch als „naturnahe­ Ge­staltung und Bewirtschaftung des Gewässerbettes“ oder als „neue Wege in der­ Gewässerunterhaltung“ bezeichnet. Die Gewässer­unterhaltung hat sich dem­nach an der Abflussleistung (und nicht am Ausbauzustand) und an der Funktion des Gewässers als Teil des Naturhaushaltes zu orientieren. Bei unterhaltungsbedingten Eingriffen in besonders geschützte Biotope sind deshalb entsprechende Abstimmungen mit den Naturschutzbehörden erforderlich. Die gesetzliche Verpflichtung zur Unterhaltung befreit nicht von

12.3  Unterhaltungsmaßnahmen

347

der Einholung einer Ausnahmegenehmigung. Die Genehmigung kann von der Durchführung einer Ausgleichs- oder Ersatzmaßnahme abhängig gemacht werden. Im Folgenden sollen einige Hinweise zu den wichtigsten Unterhaltungsarbeiten, insbesondere zum Maschineneinsatz, zur zeitlichen Durchführung der Ar­bei­ten und zur Verwendung des anfallenden Materials gegeben werden.

12.3 Unterhaltungsmaßnahmen Unterhaltungsmaßnahmen müssen sich an den Bewirtschaftungszielen und -an­forderungen der § 25a bis 25d WHG ausrichten und dürfen die diesbezüglichen Ziele nicht gefährden. Ebenfalls müssen sie den Anforderungen der Maßnahmenprogramme nach § 36 WHG entsprechen. Typische Aufgaben der Gewäs­serunterhaltung sind das Freihalten oder die Wiederherstellung des notwendigen Abflussprofils zur Erhaltung der hydraulischen Leistungsfähigkeit, die Gehölzpflege, die Beseitigung von Schäden am Gewässer und der Unterhalt von Bauwerken. Einige dieser Arbeiten fallen regelmäßig im Jahresgang an, andere nur bei Bedarf, also unregelmäßig. Bei der Unterhaltung von künstlichen Fließgewässer (z. B. Gräben) sind Besonderheiten zu beachten (DVWK-GfG, 2000).

12.3.1 Regelmäßig wiederkehrende Unterhaltungsmaßnahmen Typische, mindestens einmal im Jahr wiederkehrende Unterhaltungsmaßnahmen sind die Reduzierung oder Beseitigung eines übermäßigen Pflanzenaufwuchses im Abflussprofil sowie an Deichen und Dämmen. Dies wird mit unterschiedlichem Wirkungsgrad mit Hilfe mechanischer, biologischer und chemischer Methoden (oder Kombinationen derselben) erreicht. Mechanische Unterhaltung Sie umfasst im Wesentlichen das Mähen von Vorländern und Böschungen sowie das Krauten im Gewässerbett. Mahd Das Mähen des Aufwuchses und das Entfernen des Mähgutes sind vielerorts die umfangreichsten Unterhaltungsarbeiten, die im Allgemeinen mehr als einmal im Jahr erforderlich sind. Bei einer regelmäßigen Mahd der Uferböschungen, Vorländer und Bermen bleibt die hydraulische Leistungsfähigkeit erhalten und das Aufkommen von Gehölzen, die den Abfluss behindern, wird zwangs-

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12  Gewässerunterhaltung

läufig unterbun­den. Gleichzeitig wird die Sedimentation von Feststoffen, vor allem in den un­­te­ren Böschungsbereichen verringert. Wichtig ist auch, dass eine regelmäßige Mahd eine Verfestigung der Grasböschungen durch intensive Durchwurzelung fördert. Für die Lebensgemeinschaften der Rasen, Hochstauden und Röhrichte bedeutet eine Mahd einen einschneidenden Eingriff, da letztlich ganze Teillebensräume entfernt werden und die natürliche Sukzession immer wieder unterbrochen bzw. um eine Entwicklungsstufe zurückversetzt wird. Entsprechend empfindlich reagieren auch Tierarten, die zu dieser Zeit auf die Wiesen als Deckungs-, Nahrungs-, Schatten- oder Fortpflanzungshabitate angewiesen sind. Nur in wenigen Fällen (z. B. bei breiten Vorländern und einem ersten Schnitt frühestens nach Mitte Juni) können auch Tierarten offener Feuchtlandschaften gefördert werden, z. B. Wiesenbrüter wie der Brachvogel (Numenius numenius). Formen der Mahd Ganz allgemein gilt, dass durch eine räumlich und/oder zeitlich abgestufte Mahd verschiedene Entwicklungsphasen (z. B. Blühaspekte) und abflusstechnische Anforderungen besser aufeinander abgestimmt werden können (Tabelle 12.1). Besonders gravierend wirkt sich eine mehrfache Mahd für Schilfröhrichte aus, wenn wiederholt Wasser in die luftgefüllten Schilfhalme eindringen kann und dadurch die Rhizome geschädigt werden. Grundsätzlich sollten Röhrichte aus Gründen des Artenschutzes und der Böschungssicherung nicht gemäht werden. Die entsprechenden Ausführungen im Bundesnaturschutzgesetz (z. B. § 30 Abs. 1 BNatSchG) sind eindeutig, wobei es aber­durchaus auch Ausnahmen geben kann (s. § 30 Abs. 2 BNatSchG).

Tabelle 12.1  Formen der Mahd bei einer Grünlandnutzung Differenzierung

Mahdformen, Mahdzyklen

räumlich (s. Bild 12.1)

Abschnittsmahd abschnittsweise Mahd des gesamten Querschnitts Streifenmahd mähen gewässerparalleler Streifen Seitenmahd zeitlich gestaffelte Mahd der Luft- und Wasserseite von Deichen und Dämmen

zeitlich

mehr als 1× pro Jahr: angepasst an die landwirtschaftliche Nutzung 2–3× pro Jahr 1× pro Jahr: nach der Blüte bzw. am Ende der Vegetationsperiode weniger als 1× pro Jahr: u. U. zur Förderung von Trockenrasen und Hochstauden

Sonderformen

Neophytenmahd

12.3  Unterhaltungsmaßnahmen

349

gemähte Böschung gemähter / geräumter Gewässerbereich von der Mahd / Räumung ausgenommene Gewässerbereiche nicht gemähte Böschung

Bild 12.1  Formen der Unterhaltung bei kleineren Fließgewässern (nach DVWK, 1992b)

Bei breiteren Gewässern ist eine Mahd aus hydraulischen Gründen oft nicht notwendig. Wenn aber eine Röhrichtmahd bei kleineren Fließgewässern aus hy­ draulischen Gründen unerlässlich wird, so sollte diese erst ab Mitte September er­folgen. Problematisch wird es aus landschaftsökologischer Sicht, wenn der ge­sam­te Abflussquerschnitt dicht mit Röhricht bewachsen ist und eine Mahd aus ab­flusstechnischen Gründen früher im Jahr erforderlich wird. In derartigen Fällen sollte versucht werden, zumindest Teillebensräume zu erhalten, z. B. durch nur abschnittsweises oder einseitiges Mähen (s. Bild 12.1 und Farbtafel 32 S. 446 un­ten). Mähgeräte Früher wurde überwiegend mit der Sense gemäht, was noch relativ naturverträglich war, aber heute zu kostenintensiv ist. Schon seit Jahrzehnten wird deshalb mit Geräten gearbeitet, die auf der Böschung fahrend oder von der Bö­ schungs­­oberkante her mähen. Eine Übersicht über gängige Mähgeräte enthält Tabelle 12.2. Die Geräte sind je nach den örtlichen Erfordernissen mit Frontund Seitenmähern, Schlegel-Häckslern (s. Bild 12.2) oder Mähkörben ausgestattet. Nicht nur bei der Geräteauswahl, sondern auch bei der Arbeitsweise, können beim Mähen die biozönotischen Auswirkungen verringert werden. So sollte z. B. eine Schnitthöhe von 15 cm nicht unterschritten werden, damit noch ein Restlebensraum, nicht zuletzt auch aus mikroklimatischen Gründen, bestehen bleibt. Das Schnittgut sollte nicht nur aus Gründen der Gewichtsreduzierung ein bis zwei Tage liegen bleiben, sondern auch, um nicht allzu beweglichen Kleintieren eine Fluchtmöglichkeit zu lassen.

350

12  Gewässerunterhaltung

Tabelle 12.2  Mähgeräte (Auswahl) Gerätetyp

Einsatzbedingungen

Schneidegeräte (Anbau- oder handgeführte Geräte)

Einsatz auch im Nassbereich relativ gefahrlos für Kleintiere

Kreiselmähgeräte (Anbaugeräte)

Einsatz nur im Trockenbereich geeignet für größere Flächen Kleintiere werden gefährdet

Häckselgeräte (z. B. Schlegel-Häcksler, Schlegelmäher)

vielseitig einsetzbar im Trockenbereich Kleintiere werden stark gefährdet

Häckselgeräte mit Absaugvorrichtung

das faunistische Potenzial, vor allem an Insekten, wird zum Großteil aus dem Lebensraum entfernt

Bild 12.2  Schlegel-Häcksler im Einsatz

Vor jedem Geräteeinsatz ist grundsätzlich zu prüfen, ob die Mahd aller gewäs­sernahen Bereiche zwingend notwendig ist. Der in Bild 12.3 dargestellte Fließgewässerabschnitt ist sicher nicht gemäht worden, um die Abflussleistung zu erhalten. Der Einfluss der gehölzbestandenen Uferbereiche im Bildhintergrund ist mit Sicherheit gravierender, als es der Grasbewuchs auf den gemähten Flächen war.

351

12.3  Unterhaltungsmaßnahmen

Bild 12.3  Eine Mahd ist aus hydraulischen Gründen nicht immer notwendig (hier z. B. bedingt durch die gut erkennbare Profileinengung im Bildhintergrund)

Umgang mit dem Mähgut Das Mähgut ist grundsätzlich aus dem Hochwasserabflussprofil zu entfernen, da das potenzielle Abtreiben des Materials die Gewässergüte beeinträchtigen und an Engstellen zu einer Versetzung oder Verklausung führen kann. Zudem würde ein längeres Liegenlassen des Schnittgutes auch zur Verfilzung und Verfaulung der Grasnarbe führen. Hinweise zum Umgang mit dem Mähgut gibt Tabelle 12.3.

Tabelle 12.3  Umgang mit Mähgut Verfahren

Bemerkungen

Mähgut entfernen (gemähtes und vorgetrocknetes aus dem Bestand entfernen)

Das Abräumen des Mähgutes ist arbeitsintensiv. Durch die Entnahme des Schnittgutes werden dem Wuchsort Nährstoffe entzogen und im günstigsten Fall einer Nutzung in der Landwirtschaft zugeführt.

Mähgut mulchen (mit Häckselwerkzeug zerkleinertes Material im Bestand belassen)

Das Mulchen ist eine kostengünstige Form der Entsorgung, trägt aber zur Nährstoffanreicherung in der Fläche bei.

Entsorgung des Mähgutes (Abtransport und Entsorgung des Mähgutes außerhalb des Bestandes)

Die Entsorgung in einer Kompostieranlage mit an­ schließender Deponierung muss in Bezug auf die Kosten geprüft werden (Patt & Städtler, 1999).

352

12  Gewässerunterhaltung

Krauten Das Krauten beinhaltet den Schnitt und das Entfernen von meist submerser Vegetation aus dem Fließgewässer. Gekrautet wird zur Gewährleistung der Vorflut, d. h. um einen Anstieg der Wasserstände zu verringern, zum Teil aber auch um eine Verlagerung der Strömung zu verhindern. Eine Krautung bei belasteten Gewässern kann eine zusätzliche Sauerstoffzehrung, Nährstoffrückführung und Faulschlammbildung durch abgestorbenes Ma­­terial verringern helfen. Diese, meist sehr umfangreiche Unterhaltungsarbeit, fällt speziell in nährstoffreichen, langsam fließenden Gewässern in regelmäßigen Abständen, oft mehrmals im Jahr an, solange nicht durch Beschattung des Gewässers der Aufwuchs an Wasserpflanzen begrenzt wird. In Tabelle 12.4 sind die wichtigsten Geräte aufgeführt, die bei der Krautung eingesetzt werden. Nicht aufgeführt ist hier die Grabenfräse, die mit Ausnahme sehr schmaler Gewässer in aller Regel zum „Krauten“ auch nicht geeignet ist. Die Schä­digungen beim Einsatz einer Grabenfräse, sind so gravierend, dass auf einen Einsatz verzichtet werden sollte (s. Kap. 12.3.2). Das Schnittgut ist nicht nur aus Gründen der Gewässergüte, sondern vor allem wegen der Gefahr einer Krautwalzenbildung und einer Versetzung an Querbauwerken aus dem Abflussprofil zu entfernen. Meist wird hierzu vorübergehend eine „Krautsperre“ erstellt (z. B. ein querliegender Balken), wo die angetriftete Phytomasse mit einem Bagger entnommen und anschließend aus dem Abflussprofil entfernt wird. Aufgrund der Gefahr von Sickerwässern­ (Silage) sollte das geschnittene Kraut nicht oder nur kurz zwischengelagert werden. Kann das Material keiner landwirtschaftlichen Nutzung (Gründüngung) zugeführt wer­den, verbleibt nur eine Kompostierung oder Deponierung (s. Tabelle 12.3). Eine Krautung führt zwangsläufig zu einem Biomassenverlust, da Pflanzen mit ihren Aufwuchsorganismen, kleine freischwimmende Tiere und z. T. auch Sohlenbewohner, aus dem Gewässer entfernt werden. Zusätzlich werden mitunter die Sohlenstruktur zerstört und der Wasserchemismus verändert. In der Summe be­deutet dies auch eine Selektion, da wiederkehrend der Lebensraum wesentlich verändert wird.

Tabelle 12.4  Methoden der Krautung Methode

Bemerkungen

Landgestützte Krautung

Mähkorb (Messerbalken mit einer Auffangvorrichtung für Mähgut als Anbaugerät) für Fließgewässer bis 10 m Breite. Das Schnittgut wird sofort entnommen

Wassergestützte Krautung

Mähboot (bis 0,5 m Tiefgang) oder Ponton (bis 0,2 m Tiefgang) mit Messerbalken oder Schleppdreiecksense. Das Schnittgut treibt bis zu einer Entnahmestelle.

12.3  Unterhaltungsmaßnahmen

353

Bild 12.4  Krautung mit einem Mähboot

Beim Einsatz eines Mähkorbs (s. Farbtafel 32 S. 446 oben) werden bei der üblichen Arbeitsweise die obersten Substratschichten stark beeinträchtigt. Wird ein Abstand von ca. 10 cm zur Sohle eingehalten (Abstandshalter) und das Mähgut kurzzeitig zwischengelagert (Fluchtmöglichkeit für Organismen) können die Beeinträchtigungen etwas reduziert werden. Von einem Mähboot (s. Bild 12.4) kann eine Krautung noch am schonendsten vorgenommen werden. Grundsätzlich können die biologischen Auswirkungen des Krautens nur ge­­schmä­lert werden, wenn ein Teilkrauten möglich ist und praktiziert wird (DVWK 1992b; DVWK, 1999e), z. B. bei einem halbseitigen, schneisenartigen oder nur abschnittsweisen Krauten (s. Farbtafel 32 S. 446 unten), wenn dabei ausschließlich oberhalb der Sohle geschnitten und somit auch nur wenig Schlamm aufgewirbelt wird. Einen optischen Eindruck vom Mähen und Krauten eines kleinen Fließgewässers vor und nach einer Unterhaltungsmaßnahme gibt Farbtafel 31 S. 445. Biologische Unterhaltung Ziel der biologischen Unterhaltung ist es, die natürlichen Möglichkeiten zur Steu­erung des Pflanzenwuchses so auszunutzen, dass die mechanische Unterhaltung teilweise oder ganz entfallen kann, ohne negative wasserwirtschaftliche Auswirkungen befürchten zu müssen. Hierzu zählen vor allem der Einsatz von Schafen, Fischen und konkurrenzstarken Pflanzen.

354

12  Gewässerunterhaltung

Die Schafbeweidung hat sich in ausgedehnten Vorländern und auf Deichen in vielen Fällen durchaus bewährt, da nicht nur die Gräser und Kräuter kurzgehalten werden, die Grasnarbe verfestigt wird und kein Mähgut anfällt, sondern auch Maulwurfspopulationen nachhaltig eingeschränkt werden. Allerdings kann aufgrund des selektiven Fraßverhaltens der Schafe im Herbst eine Nachmahd erforderlich werden. Sinn macht aber eine Schafbeweidung nur dann, und das trifft auch auf naturschutzfachliche Aspekte zu, wenn den heutigen Herdengrößen entsprechend ausreichend große Flächen sowie Wandermöglichkeiten und Pferche zur Verfügung stehen. Pflanzenfressende Fische, das bekannteste Beispiel ist der Gras- oder Amurkarpfen (Ctenopharyngodon idella), werden mitunter in Gewässern zur Krautverminderung eingesetzt. In Fließgewässern ist dies aufgrund seines ausgeprägten Wandertriebes (Absperrungen) und, zumindest in unseren Breiten, aufgrund der für die Fraßaktivitäten notwendigen Wassertemperaturen wenig sinnvoll. Zudem kommt es zwangsläufig aufgrund seiner Stoffwechselprodukte zu einer verstärkten Phytoplanktonentwicklung. Außerdem stellt der Graskarpfen neben dem Problem des potenziellen Naschfraßes eine Faunenverfälschung und einen Konkurrenzdruck zu heimischen Fischen dar. Konkurrenzstarke Pflanzen werden in zunehmendem Maße wieder zur Minderung des Unterhaltungsaufwandes eingesetzt. Dabei werden heimische Arten, die eine gute verbauende Wirkung haben, wie z. B. Röhrichtarten, Großseggen und Gehölze im Uferbereich gefördert. Gehölze, z. B. Weiden und Erlen, helfen bei schmäleren Gewässern den Gras- und Krautbewuchs auf den Böschungen und im Wasser durch Beschattung während der Vegetationsperiode zu verhindern oder zumindest zu reduzieren. Gleichzeitig stellen derartige Vegetationsformationen eine Struktur- und Lebensraumerweiterung dar. Ein weiterer erwünschter Nebeneffekt sind die geringeren Wassertemperaturen (durch die Beschattung), die eine höhere Sauerstoffaufnahmefähigkeit des Wassers bewirken (s. Kap. 4.1.3). Chemische Unterhaltung Die chemische Unterhaltung wurde früher zur regelmäßigen Unterhaltung ge­ rechnet. Hierbei wurden zur Verminderung unerwünschter Pflanzenbestände pflanzentötende Mittel (Herbizide) und/oder wuchshemmende Mittel (Phyto­ tranquilizer) eingesetzt. Die Anwendung chemischer Mittel ist aufgrund ihrer negativen biozönotischen Wirkungen grundsätzlich abzulehnen und wird heutzutage, von sehr wenigen Ausnahmen im terrestrischen Bereich abgesehen, auch nicht mehr praktiziert. Außerdem ist die chemische Unterhaltung in und an Gewässern, nicht nur in Form einzelner Präparate, sondern auch in wesentlichen Anwendungsbereichen vom Gesetzgeber untersagt.

12.3  Unterhaltungsmaßnahmen

355

12.3.2 Unregelmäßig wiederkehrende Unterhaltungsmaßnahmen Zu diesen Arbeiten zählen im Wesentlichen die Räumung des Abflussquerschnitts, die Gehölzpflege sowie Instandsetzungen nach Hochwasserschäden, Eisgang und Unwettern. Räumung Die Entfernung von Sedimenten (Kies, Sand, Schlamm) aus dem Abflussprofil, im Wesentlichen also die Entsandung und Entschlammung, wird als Räumung be­zeichnet. Der Hauptgrund für eine Räumung ist die Wiederherstellung der Vorflut und damit der Abflussleistung. Die Räumung wird in der Regel in mehrjährigen Abständen, vor allem in den Auflandungsbereichen der Mittel- und Unterläufe von Fließgewässern und in Grä­ben erforderlich. Dabei werden als Arbeitsgeräte hauptsächlich Tieflöffel, Grabenlöffel, Greiferkorb, Schleppschaufel, Planierschild, Ladeschaufel sowie Fräß-Saug-Köpfe eingesetzt (s. Tabelle 12.5). Bei kleineren (schmalen) Gewässern werden, neben Mähkorb und Bagger, auch Grabenfräsen benutzt. Der Einsatz der Grabenfräse ist sehr problematisch, da sie nahezu die gesamte Vegetation und Fauna vernichtet sowie überlebende Organismen mit dem Räumgut an Land schleudert. Aufgrund der hohen

Tabelle 12.5  Wichtige Räummethoden und Arbeitsgeräte (Auswahl) Verfahren

Arbeitsgeräte und Einsatzbedingungen

Sohlenräumung

Grabenfräse Einsatz nur in schmalen Gewässern, wobei Flora und Fauna im Arbeitsbereich weitgehend vernichtet werden. Grabenlöffel (Tieflöffel mit Schneidkante; z. B. als Anbau an einen Bagger- Reichweite bis ca. 12 m) Diese Art der Räumung ermöglicht ein genaues Arbeiten und dadurch ein geringes Aufwirbeln von Schlamm. Schleppschaufel (als Anbau an einen Seilbagger) Es ist nur eine grobe, wenig differenzierte Räumung möglich.

Räumung der Vorländer

Handräumung Diese Art der Räumung ist sehr kostenintensiv und zeitaufwendig; Schädigungen der Lebensräume sind gering. Maschineneinsatz Die Einsatzmöglichkeiten hängen von den Arbeitsbe­ dingun­gen ab (z. B. Platz, Bodenverhältnis)

356

12  Gewässerunterhaltung

Ar­beitsgeschwindigkeit (500 bis 2000 m/h) wird sie oft „flächenhaft“ eingesetzt. Dadurch werden meist ganze Grabensysteme einer Niederung praktisch zu ei­ nem Zeitpunkt geräumt, so dass dort dann kaum mehr ein Wiederbesiedlungspotenzial vorhanden ist (DVWK, 1992b). Aufgrund der negativen Auswirkungen der Grabenfräsen ist ihr Einsatz in manchen Bundesländern eingeschränkt oder verboten. So legt z. B. Art. 6d des BayNatSchG fest: „In wasserführenden Gräben ist der Einsatz von Grabenfräsen nicht zulässig.“ Auch im Rahmen von Unterhaltungsordnungen wird oftmals eine Unterhaltung mittels Grabenfräsen untersagt. Grundsätzlich muss festgestellt werden, dass jede Räumung zwangsläufig einen mehr oder weniger starken Verlust an Lebensräumen und damit an Arten bedeutet und zumindest in Teilbereichen eine Veränderung des Gewässerchemismus bedingt. Vor allem in kiesigen Gewässern werden dadurch die Sohlenstrukturen zerstört, d.h. es existiert nach der Räumung wesentlich weniger Interstitial (auch geeignetes Laichsubstrat). Dieses wird bei der Räumung oftmals noch mit Schwebstoffen „zusedimentiert“. Reduzierte Räumung Um den negativen ökologischen Auswirkungen bei einer Räumung entgegenwirken zu können, sind grundsätzliche Überlegungen zu einer möglichen Minderung des Eingriffes anzustellen. An erster Stelle steht hierbei die Frage, ob ein punktuelles, einseitiges oder mittiges Räumen (s. Bild 12.1) bereits den erwünschten Erfolg bringen kann oder ob in bestimmten Fällen die Räumung einer kürzeren Strecke ausreicht. Eventuell kann auch die Anlage eines Sandfangs eine Verbesserung bringen. Im Hinblick auf die Durchmischung des Räumguts mit der fließenden Welle sind möglichst kurze Transportwege im Wasser anzustreben und die Arbeitsrichtung mit in die Überlegungen einzubeziehen. Die Entfernung von Totholz aus dem Fließgewässer sollte nur dann erfolgen, wenn dies unbedingt erforderlich ist (z. B. zur Sicherstellung der Abflussleistung, Gefahrenabwehr o. ä.). Der Totholzanteil ist ein wesentliches Element bei der Strukturierung der Gewässer und trägt zudem dazu bei, dass die Vielfalt der Biotopstrukturen beträchtlich erhöht wird (s. Kap. 4.1.4) (Kail & Gerhard, 2003). Das bei der Räumung anfallende organische Material kann, wenn die Qualitätskriterien erfüllt sind, in der Landwirtschaft Verwendung finden. Anorganisches Material (z. B. Kies, Sand) kann bei entsprechender Behandlung einer Verwertung als Baumaterial zugeführt werden. Von wesentlicher Bedeutung für diese Verwertungsform ist die Reinheit des Räumguts, da die eventuell anfallenden Aufbereitungskosten die Wirtschaftlichkeit bestimmen. Ist diese Entsorgungsform nicht möglich, bleibt in aller Regel nur die teurere Deponierung. Eine Auffüllung von Mulden, Senken und Altgewässern kommt als Entsorgung auf keinen Fall in Betracht.

12.3  Unterhaltungsmaßnahmen

357

Wesentliches Verfahrenskriterium bei der Weiterverwendung der anfallenden Materialien ist die Belastung mit Schadstoffen. Hier sind im Zweifelsfall weitergehende Untersuchungen erforderlich, um über die abfallwirtschaftliche Be­hand­lung entscheiden zu können. Gehölzpflege Wie bereits im Kap. 4 aufgezeigt wurde, bedingen Gehölzstreifen an Fließgewässern eine verringerte Gewässerunterhaltung, naturnähere Fließgewässerlebensräume und zusätzliche Biotopstrukturen. Deshalb sollten Gehölzstreifen überall dort, wo fließgewässerbegleitende Gehölze fehlen und sich eine Möglichkeit­ zu einer Gehölzneupflanzung ergibt, verwirklicht werden (z. B. durch Anlage von Uferstreifen – DVWK, 1997a; DVWK-GfG, 2006; Paulus, 1999b). Dabei sind grundsätzlich heimische und standortgerechte Gehölze zu verwenden (s. Tabelle 11.2). Eine regelmäßige Kontrolle und Pflege der An­pflanzungen ist in den meisten Fällen erforderlich (DVWK-GfG, 1999b). Selbstverständlich kann auch bei idealen Ausgangsbedingungen (z. B. ausreichender Platz und geeignetes Artenpotenzial) eine Selbstansiedlung angestrebt werden. Die gewünschten Funktionen des Gehölzstreifens werden jedoch dann erst entsprechend später voll zur Wirkung kommen (s. Tabelle 12.6). Das Ziel der Pflege der Ufergehölze ist es, einen geschlossenen, stufigen, aus mehreren Baum- und Straucharten aufgebauten Gehölzsaum zu entwickeln oder zu erhalten, der auch den Belangen der Fließgewässerunterhaltung gerecht wird. Dazu werden nicht mehr standfeste und abflussbehindernde Gehölze bzw. Gehölzteile beseitigt, Gehölze zurückgeschnitten („auf den Stock setzen“) und ausgefallene Bäume ersetzt (s. Tabelle 12.7). Wenn keine Gründe

Tabelle 12.6  Hinweise zur Ansiedlung (Bestandsbegründung) von Gehölzen Maßnahme

Bemerkungen

Vorteile: Selbstansiedlung: (Sukzession, Verjüngung geringe Kosten, natürliche Alters- und Artenzusammensetzung Nachteile: der Gehölzstrukturen) Ein wirksamer Uferschutz benötigt im Vergleich zu Pflanzungen eine längere Entwicklungszeit Neuanpflanzung: (Pflanzung von Baumschul- oder Eigenware)

Vorteile: planmäßige Bestandsgründung, Kostentransparenz und Gewährleistung Nachteile: hohe Kosten, pflegeintensiv

Ingenieurbiologische Bauweisen: (Spreitlage, Weidenstecklinge usw.)

Vorteile: Bauweise und Sicherungsmaßnahmen können an die Gegebenheiten angepasst werden

358

12  Gewässerunterhaltung

Tabelle 12.7  Hinweise zu Pflegearbeiten in Gehölzbeständen (s. auch DVWK-GfG, 1996b) Maßnahme

Bemerkungen

Fertigstellungs- und Entwicklungspflege: (Auslichten, Anwachskon­trolle usw.)

Vorteile: Kostentransparenz und Gewährleistung bis zur Abnahme Nachteile: hohe Kosten, pflegeintensiv

Bestandspflege: (Rückschnitt, Auslichten, Fällen, Bestandsregulierungen)

Vorteile: planmäßige Bestandsförderung, Kostentrans­­parenz und Gewährleistung Nachteile: hohe Kosten, pflegeintensiv

dagegen sprechen (z. B. zu wenig Platz für eine freie Entwicklung des Fließgewässers) kann ein Ge­hölzstreifen durchaus auch der natürlichen Sukzession überlassen bleiben. Unter Umständen kann eine epidemieartige Erkrankung einer Baumart, wie derzeit bundesweit der Schwarzerle (Alnus glutinosa), zu einer intensiven, über die „normale“ Gehölzpflege weit hinausgehenden Behandlung führen (s. Kap. 11.1.3). Beseitigung von Schäden am Gewässerbett Uferanbrüche sind, ebenso wie Auflandungen, in aller Regel ein Ergebnis von Seiten- und Tiefenerosion (s. Kap. 3.3.1). Beeinträchtigen die Veränderungen am Ge­wässerbett den Abfluss erheblich, so müssen die Schäden, u. a. schon aus Sicherheitsgründen, möglichst rasch behoben werden (§ 28 Abs. 1 WHG – s. Kap. 2.4.3). Sind keine Beeinträchtigungen zu erwarten, so sollte die (dynamische) Situation als Strukturbereicherung angesehen und nicht verändert werden (s. Kap. 3.3.1). Bei einer fortschreitenden Tiefenerosion können sohlensichernde Maßnahmen erforderlich werden (s. Kap. 10.6). Arbeiten nach Hochwasser- und Unwetterereignissen Mitunter werden nach wetterbedingten Ereignissen (z. B. Hochwasser, Sturm, Eisgang, Treibgutanfall) zusätzliche Unterhaltungsmaßnahmen erforderlich, um einen möglichst ungehinderten Wasserabfluss zu gewährleisten. Hierzu zäh­ len eine verstärkte Kontrolle an bekannten Versetzungspunkten und die Beseitigung von neu entstandenen, nicht tolerierbaren Abflusshindernissen, wie z. B. umgestürzte Bäume, Treibgutansammlungen und Eisversetzungen. Die teilweise Verlegung des Querschnittes kann z. B. in einem breiten Gewässerabschnitt vollkommen unproblematisch sein (s. Bild 12.5), aber an Engstellen (z. B. Brückendurchlässe) zu einer Verklausung führen (s. Bild 12.6).

12.3  Unterhaltungsmaßnahmen

359

Bild 12.5  Eine Versetzung des Fließquerschnittes durch Treibgut hat oft keine gravierenden Auswirkungen auf die Abflussleistung und muss daher nicht immer entfernt werden

Bild 12.6  Derartige Treibgutansammlungen an einem Brückenpfeiler sind Abflusshindernisse und müssen daher möglichst rasch beseitigt werden

360

12  Gewässerunterhaltung

Ein weiteres Entscheidungskriterium für eine Räumung kann jedoch auch das Materialspektrum einer Ansammlung sein. Müll und nicht verrottbare Materialien (z. B. Plastikstoffe) sollten jedoch unbedingt aus dem Gewässer entfernt werden (Pusch et al., 1999). Der Unterhaltungspflichtige vor Ort kann in der Regel am Besten beurteilen, ob eine Treibgutansammlung entfernt werden muss (s. auch Kap. 7 und 8).

12.3.3 Sonstige Unterhaltungmaßnahmen Sonstige Unterhaltungsmaßnahmen betreffen z. B. die Unterhaltung von wasserbaulichen Anlagen und den Schutz vor Wühltieren. Unterhaltung von Anlagen Dienen Anlagen ausschließlich dem Wasserabfluss (z. B. Böschungsbefestigungen, Buhnen, Wehre, Abstürze, Längs- und Querbauwerke) gehört ihre Unterhaltung und etwaige Instandsetzung zur Gewässerunterhaltung. Hierzu zählen auch Schöpfwerke und im weitesten Sinne auch Fischwanderhilfen und Bootsgassen. Hinsichtlich des Hochwasserschutzes ist die Deichunterhaltung bedeutsam (s. Kap. 10.8). Bei Anlagen, die nur nachrangig dem Wasserabfluss dienen und nicht Bestandteile des Gewässerbetts sind (z. B. Ufermauern, die ausschließlich dem Schutz eines einzelnen Grundstückes dienen, Brücken mit Pfeilern, Wasserkraftanlagen usw.), haben Eigentümer und Besitzer der Anlagen etwaige Mehrkosten dem Ge­wässerunterhaltspflichtigen zu erstatten. Das gilt auch, wenn diese Anlagen ge­nehmigt sind oder eine erlaubte oder bewilligte Benutzung vorliegt. Wühltiere Semiaquatische Säugetiere, wie Bisam (Ondatra zibethicus), Biber (Castor fiber), Nutria (Myocastor coypus), aber auch terrestrische Arten, wie Maulwurf (Talpa europaea), Wanderratte (Rattus norvegicus), Wildkaninchen (Oryctolagus cuniculus) u. a., können durch Wühltätigkeit und Anlegen von Gängen, Burgen an Ufern und Deichen umfangreiche Schäden verursachen (DVWK, 1997b). Zu den möglichen Folgeschäden zählen z. B. Uferabbrüche und -einbrüche, Böschungsrutschungen (s. Bild 12.7), Unterspülungen und Verklausungen. Die Maßnahmen zum Schutz vor Wühltieren reichen von lokalen bis zu flä­ chendeckenden Sicherungen. Bei nicht geschützten Arten gehört dazu auch die Bestandsregulierung (z. B. beim Bisam). Ausreichend breite Uferstreifen, d. h.

12.3  Unterhaltungsmaßnahmen

361

Bild 12.7  Durch die Grabtätigkeit des Bisams ist die Straßenböschung instabil geworden

ein Abrücken der Nutzungen vom Fließgewässer, tragen zu einer erheblichen Ab­nah­me der Schadenspotenziale bei (s. Kap. 10.8). Umfangreiche Informationen über die Erkennungsmerkmale, Lebensweisen der Wühltiere und die verschiedenen Sicherungsmethoden enthält das DVWKMerkblatt „Bisam, Biber, Nutria“ (DVWK, 1997b). Neophyten Mittlerweile haben sich an unseren Fließgewässern eine Reihe von anspruchslosen Allerweltsarten (Ubiquisten) ausgebreitet. Dazu zählen auch etliche Neophyten, wie z. B. der Japan-Knöterich (Reynoutria japonica), der SachalinKnöterich (Reynoutria sachalinensis), die Kanadische Goldrute (Solidago canadensis), die Späte Goldrute (Solidago gigantea), das Indische Springkraut (Impatiens glandulifera) und der Riesenbärenklau (Heracleum mantegazzianum), der auch Herkulesstaude genannt wird (DVWK-GfG, 1997). Neophyten sind bevorzugt an Stellen zu finden, die durch menschliche Eingriffe entstanden sind, so eben auch entlang von Fließgewässern nach wasserbaulichen Ausbau- oder Unterhaltungsmaßnahmen. Die Drift von Samen und Pflanzenteilen durch die Strömung und das Fehlen der heimischen Fauna

362

12  Gewässerunterhaltung

fördert die Ausbreitung dieser Pflanzen an den Fließgewässern (Michels, 2008). Neophyten unterdrücken das Wachsen von Böschungsrasen durch Lichtentzug und schwächen auf diese Weise den Erosionsschutz an den Ufern. Bekämpft wird er i.d.R. durch Mähen vor dem Ausreifen der Samen. Vielerorts haben sich Neophyten aber bereits derart massiv verbreitet, dass das Ziel einer vollständigen Entfernung nicht erreicht werden kann. Dann gilt es durch gezielte Unterhaltungsmaßnahmen der heimischen Fauna einen Entwicklungsspielraum zu verschaffen (Jürging & Patt, 2005). Besondere Vorsicht ist beim Riesenbärenklau geboten, da eine Berührung zu schmerzhaften Quaddeln oder sogar schwer heilenden Verbrennungserscheinungen führen kann. In der Nähe von Freizeit- und Erholungseinrichtungen sind daher besondere Unterhaltungsmaßnahmen erforderlich (DWA, 2007a).

12.3.4 Zeitrahmen für Unterhaltungsarbeiten im Jahresgang Häufigkeit und Zeitpunkt der Unterhaltungsmaßnahmen (Unterhaltungs­zyk­ len) haben größeren Einfluss auf die Entwicklung der Lebensgemeinschaften, als die Arbeitsweise des eingesetzten Geräts. Die ständige Störung der natürlichen Sukzession ist von entscheidender Bedeutung für die Entwicklung der Lebensgemeinschaften (DVWK, 1999e sowie ATV-DVWK, 2002c). Da Unterhaltungsmaßnahmen immer einen Eingriff in die bestehenden Stand­­ortverhältnisse bzw. Lebensräume bedeuten, sind die Vorteile und Nachteile der verschiedenen Unterhaltungsformen gegeneinander abzuwägen. Um negative Aus­wirkungen auf die Lebensgemeinschaften möglichst zu vermeiden, müssen die Unterhaltungsarbeiten auf • die biologischen Zyklen (z. B. Laich­zeiten der Fische, Brutzeiten der Vögel, jahreszeitlich bedingte Wachstumsperioden der Pflanzen – s. Tabelle 12.8), • die speziellen Strukturen des Lebensraumes (z. B. empfindlicher Sub­strat­ auf­bau) und • die hydraulischen Einflussfaktoren (z. B. Hochwasserwahrscheinlichkeit) ab­ ge­stimmt werden. Ein Orientierungsrahmen für die wichtigsten Unterhaltungsarbeiten ist in Tabelle 12.8 dargestellt. Die aufgeführten Maßnahmen sind auf biologische Zyklen weitgehend abgestimmt. So werden z. B. während der Brutzeiten keine Schnittarbeiten ausgeführt (s. auch ATV-DVWK, 2002c und DVWK 1999e). Wie die Gewässerunterhaltung in geschützten Gebieten durchgeführt werden sollte, ist in DVWK-GfG & WBW Fortbildungsgesellschaft (2002) dargestellt. Mit der Unterhaltung von Gräben beschäftigt sich DVWK-GfG & WBW (2000).

12.3  Unterhaltungsmaßnahmen

363

Nov.

Dez.

Okt.

Sept.

Aug.

Juli

Juni

Mai

April

März

Feb.

terrestrischer Bereich:

Jan.

Tabelle 12.8  Unterhaltungsarbeiten bei der Gewässerpflege im Jahresgang (nach BayLfW, 1987)

Pflanzung von Gehölzen Ausmahd von Gehölzneupflanzungen Gehölz- und Auwaldpflege Aussaat von Gräsern und Kräutern Mahd von Vorländern und Böschungen* Mahd von Uferstauden (z.B. Brennessel)

amphibischer Bereich: Pflanzung von Röhrichtsoden Mahd von Röhrichten

aquatischer Bereich: Entkrautung Räumen (Entschlammen und Entsanden der Sohle) * Bei Vorkommen von brütenden Wiesenvögeln Mahd in den Sommer verschieben

12.3.5 Gewässerunterhaltungsplan Zur Koordinierung und Planung der Unterhaltungsarbeiten wird ein Unterhaltungsplan aufgestellt, in dem alle durchzuführenden Arbeiten im Detail aufgeführt sind (Semrau et al., 2007). Dazu gehören Angaben zur Lokalität und Notwendigkeit, sowie zu Art, Umfang und Durchführungszeit (Zeitplan). Vor der Aufstellung eines Gewässerunterhaltungsplanes ist grundsätzlich zu prüfen, ob der Einsatz von Geräten zwingend erforderlich ist, oder ob das Unterhaltungsziel auch auf andere Weise (z. B. durch Beschattung oder Gewässer­ umbau) erreicht werden kann (Schumacher, 2000). Um ökologische Aspekte bei Unterhaltungsarbeiten, speziell beim Einsatz von Geräten, berücksichtigen zu können, sind meist weitergehende vegetationskundliche und faunistische Vorgaben erforderlich. Gegebenenfalls sind auch verschiedene Varianten der Unterhaltung auf ihre Umweltverträglichkeit hin zu überprüfen (DVWK, 1999e). Auf jeden Fall sollte auch eine Erfolgskon­ trolle durchgeführt werden (Becker et al., 2007).

364

12  Gewässerunterhaltung

Kommen in dem zu unterhaltenden Fließabschnitt geschützte Arten vor und lassen sich diese Arbeiten nicht vermeiden, so ist bei den zuständigen Behörden eine Ausnahmegenehmigung zu beantragen (s. auch DVWK-GfG & WBW Fortbildungsgesellschaft, 2002). Im Unterhaltungsplan wird in aller Regel zwischen einmaligen und regelmäßig wiederkehrenden Arbeiten unterschieden. Ergänzend zu der tabellarischen Aufstellung werden die vorgesehenen Unterhaltungsarbeiten auch zeichnerisch dargestellt. In diesem Zusammenhang spielen GIS-Systeme eine immer größere Rolle.

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Gesetzessammlungen: Wüsthoff, A., Kumpf, W. (Loseblattsammlung) Handbuch des Deutschen Wasserrechts – Neues Recht des Bundes und der Länder, Heinrich von Lersner und Horst Roth (Hrsg.), Erich Schmidt Verlag, Berlin. Von Lersner, H., Berendes, K., Reinhardt, M. (Hrsg.) Handbuch des Deutschen Wasserrechts, Neues Recht des Bundes und der Länder, Loseblatt-Textsammlung und Kommentare (HDW), begründet von Alexander Wüsthoff und Walter Kumpf, 8 Bände, ab Ergänzungslieferung 1/2008, Berlin.

DIN Normen*

DIN 1961 VOB Verdingungsordnung für Bauleistungen; Teil B: Allgemeine Vertragsbedingungen für die Ausführung von Bauleistungen DIN 2425 Planwerke für die Versorgungswirtschaft, die Wasserwirtschaft und für Fernleitungen T 5 Karten und Pläne der Wasserwirtschaft T 6 Karten und Pläne für den Gewässerausbau, den Hochwasserund Küs­tenschutz DIN 4220 T 1 Bodenkundliche Standortbeurteilung; Aufnahme sowie Übersicht spe­zieller Untersuchungsverfahren DIN 4022 T 1 Benennen und Beschreiben von Boden und Fels; Schichtenverzeichnis­für Bohrungen ohne durchgehende Gewinnung von gekernten Proben im Boden und im Fels DIN 4044 Hydromechanik im Wasserbau; Begriffe DIN 4047 T 1 Landwirtschaftlicher Wasserbau; Begriffe; Allgemeine Begriffe T 2 Begriffe, Hochwasserschutz, Küstenschutz, Schöpfwerke T 3 Landwirtschaftlicher Wasserbau; Begriffe; Bodenkundliche Grundlagen T 5 Landwirtschaftlicher Wasserbau; Begriffe; Ausbau und Unterhaltung von Gewässern T 7 Landwirtschaftlicher Wasserbau; Begriffe; Erosionsschutz DIN 4048 T 1 Wasserbau, Begriffe, Stauanlagen DIN 4049 T 1 Hydrologie; Grundbegriffe T 2 Hydrologie; Begriffe der Gewässerbeschaffenheit T 101 Hydrologie; Begriffe des Niederschlags und der Schneedecke DIN 4054 Verkehrswasserbau; Begriffe DIN 4084 Gelände- und Böschungsbruchberechnungen DIN 4220 T 1 Bodenkundliche Standortbeurteilung; Aufnahme und Kennzeichnung sowie Übersicht spezieller Untersuchungsverfahren DIN 18300 VOB Verdingungsordnung für Bauleistungen; Teil C: Allgemeine Technische Vertragsbedingungen für Bauleistungen (ATV); Erdarbeiten DIN 18 196 Erd- und Grundbau; Bodenklassifikation für bautechnische Zwecke DIN 18 915 Vegetationstechnik im Landschaftsbau; Bodenarbeiten

*

erscheinen im Beuth Verlag, Berlin

391

392

DIN Normen

DIN 18 916 Vegetationstechnik im Landschaftsbau; Pflanzen- und Pflanz­ arbeiten DIN 18 917 Vegetationstechnik im Landschaftsbau; Rasen und Saatarbeiten DIN 18 918 Vegetationstechnik im Landschaftsbau; Ingenieurbiologische Sicherungsbauweisen; Sicherungen durch Ansaaten, Bepflanzungen; Bauweisen mit lebenden und nichtlebenden Stoffen und Bauteilen, kombinierte Bauweisen DIN 18 919 Vegetationstechnik im Landschaftsbau; Entwicklungsund Unterhaltungspflege von Grünflächen DIN 18 920 Vegetationstechnik im Landschaftsbau; Schutz von Bäumen, Pflanzen­beständen und Vegetationsflächen bei Baumaßnahmen DIN 19 657 Sicherung von Gewässern, Deichen und Küstendünen; Richtlinien DIN 19 660 Landschaftspflege DIN 19 661 Blatt 1 Richtlinien für Wasserbauwerke; Kreuzungsbauwerke Brücken, Überleitungen, Durchlässe, Düker, Verrohrungen DIN 19 663 Wildbachverbauung; Begriffe; Planung und Bau DIN 19 680 Bodenuntersuchungen im Landwirtschaftlichen Wasserbau; Bodenaufschlüsse und Grundwasserbeobachtungen DIN 19 681 Bodenuntersuchungen im Landwirtschaftlichen Wasserbau; Entnahme von Bodenproben DIN 19 682 Bodenuntersuchungsverfahren im Landwirtschaftlichen Wasserbau; Felduntersuchungen (hier sind nur die Blätter 1 bis 11 aufgeführt) Blatt 1 Bestimmung der Bodenfarben Blatt 2 Bestimmung der Bodenart Blatt 3 Bestimmung des Wassergehaltes nach dem Carbidverfahren Blatt 4 Bestimmung der Saugspannung mit dem Tensiometer Blatt 5 Ermittlung des Feuchtezustandes mit der Fingerprobe Blatt 6 Bestimmung der Feldkapazität Blatt 7 Bestimmung der Versickerungsintensität mit dem DoppelzylinderInfiltrometer Blatt 8 Bestimmung der Wasserdurchlässigkeit mit der Bohrlochmethode Blatt 9 Bestimmung der Luftdurchlässigkeit Blatt 10 Bestimmung des Makrogefüges Blatt 11 Feststellung des Verfestigungsgrades DIN 19 685 Klimatologische Standortuntersuchung im Landwirtschaftlichen Was­serbau; Ermittlung der meteorologischen Größen DIN 19 686 Klimatologische Standortuntersuchung im Landwirtschaftlichen Was­serbau; Methodik DIN 19 711 Hydrogeologische Zeichen DIN 19 712 Flussdeiche DIN 58 666 Niederschlags-Auffanggerät; 200 cm2 Auffangfläche DIN 38 410 T 2 Biologisch-ökologische Gewässeruntersuchung (Gruppe M); Bestimmung des Saprobienindex (M 2) Zu den DIN-Normen s. a. die folgenden DIN-Taschenbücher: DIN-Taschenbuch 88 – Entwässerungskanalarbeiten, Druckrohrleitungsarbeiten im Erdreich, Dränarbeiten, Sicherungsarbeiten an Gewässern, Deichen und Küstendünen VOB/ StLB. Normen DIN-Taschenbuch 179 – Wasserbau 1 (Stauanlagen, Stahlwasserbau, Wasserkraftanlagen. Nor­men) DIN-Taschenbuch 187 – Wasserbau 2 (Bewässerung, Entwässerung, Bodenuntersuchung. Nor­men) DIN-Taschenbuch 211 – Wasserwesen, Begriffe. Normen

Symbolverzeichnis

Symbol

Einheit

Bedeutung

A Ai AP A1, A2 ax ay az

m2 m2 m2 m2 m m m

Fläche, Fließquerschnitt Teilquerschnitt Angeströmte Fläche eines Pflanzenelementes Querschnittsfläche des Profil 1 bzw. 2 Abstand der Pflanzenelemente – longitudinal – Abstand der Pflanzenelemente – horizontal – Abstand der Pflanzenelemente – vertikal –

B b

– m

Bewuchsparameter Breite quer zur Fließrichtung (z. B. Sohlenbreite)

Cwr c cA

– – –

Widerstandszahl einer Pflanzengruppe Bewuchsparameter Beiwert für die Adhäsion (für natürliche Sande cA = 1)

D D65

m m

Durchmesser Blockdurchmesser von Steinen (65% Siebdurchgang)

D* d dP dch dhy dm

– m m m m m

Sedimentologischer Durchmesser Korndurchmesser Durchmesser eines Pflanzenelementes Charakteristischer Korndurchmesser Hydraulischer Durchmesser Mittlerer Korndurchmesser

Fr Fr*

– –

Froude-Zahl Feststoff Froude-Zahl 393

394

Symbolverzeichnis

Symbol

Einheit

Bedeutung

f

–

Formbeiwert im Widerstandsgesetz

G* GS g

– t m/s2

Feststofftransportzahl Steingewicht Fallbeschleunigung (g = 9,81 m/s2)

hE h hgr hk hN ho hu hü

m m m m m m m m

Energiehöhe Wassertiefe Grenztiefe Wasserstand über der Rampenkrone in Rampenachse Normalabflusstiefe Fließtiefe im Oberwasser (ohne Einstau) Fließtiefe im Unterwasser (UW) Überfallhöhe

I IE IS Ir

– – – –

Gefälle Energieliniengefälle Sohlengefälle Reibungsgefälle

k kr ks kT kStr

m m1/3/s m m m1/3/s

Rauheitsmaß Kornrauheit nach Meyer-Peter & Müller Äquivalente Sandrauheit Äquivalente Sandrauheit der Trennfläche Manning-Strickler-Beiwert

l lF lM lT lu lu,F

m m m m m m

lu,V lü

m m

Länge des Wasserkörpers Flusslänge Mäanderlänge Tallänge Benetzter Umfang Benetzter Umfang – Flussbett, Hauptgerinne (bewuchsfreier Teil) Benetzter Umfang – Vorland Länge Überfallkante (Streichwehr)

m

–

Böschungsneigung (1:m)

mF m ˙F mG m ˙G mGf

kg/(s · m) kg/s kg/(s · m) kg/s t

Feststofftrieb Feststofftransport Geschiebetrieb Geschiebetransport Geschiebefracht

Symbolverzeichnis

395

Symbol

Einheit

Bedeutung

Q Qo Qs QStr Qu q qkrit

m3/s m3/s m3/s m3/s m3/s m3/s · m m3/s · m

Abfluss Abfluss Oberwasser Transportwirksamer Abflussanteil Abfluss über die seitliche Überfallkante Abfluss Unterwasser Spezifischer Abfluss Kritischer spezifischer Abfluss

Rs rhy

m m

Transportwirksamer Anteil am hydraulischen Radius Hydraulischer Radius (rhy = A/lu)

Re Re*

– –

Reynolds-Zahl Feststoff-Reynolds-Zahl

v vc vcr vm,cr vgr vm vo* v1, v2

m/s m/s m/s m/s m/s m/s m/s m/s

Fließgeschwindigkeit Fortpflanzungsgeschwindigkeit einer Oberflächenwelle Kritische Fließgeschwindigkeit Kritische mittlere Fließgeschwindigkeit Grenzgeschwindigkeit Fließgeschwindigkeit (örtl. Mittel) Schubspannungsgeschwindigkeit an der Sohle Charakteristische Geschwindigkeit im Profil 1 bzw. 2

w

m

Einstauhöhe

x y z

m m m

Koordinate in Fließrichtung (longitudinal) Koordinate quer zur Fließrichtung (horizontal) Koordinate senkrecht zur Fließrichtung (vertikal)

Griechische Symbole: ϑ

–

Beiwert für die Schräganströmung

λ λP λT

– – –

Widerstandsbeiwert im universellen Fließgesetz Widerstandsbeiwert des Pflanzenkollektivs Widerstandsbeiwert für die Trennflächen

396

Symbolverzeichnis

Griechische Symbole (Fortsetzung): µ

–

Überfallbeiwert

ρ ρF ρS ρw ρ’

kg/m3 kg/m3 kg/m3 kg/m3 –

Dichte Dichte des Feststoffes Dichte der Steine Dichte von Wasser Relative Feststoffdichte

ν

m2/s

Kinematische Zähigkeit (bei 20° C: ν = 10–6 m2/s)

τ τcr τF τK τS

kN/m2 kN/m2 kN/m2 kN/m2 kN/m2

Schubspannung Kritische Schubspannung Schubspannung – Formanteil Schubspannung – Kornanteil Sohlenschubspannung

Φ ψ

– –

Transportintensität Strömungsintensität

Indizes: cr erf F ges K i, k l m max, min p r So T V I, II, III, IV

kritisch erforderlich Flussbett, Hauptgerinne (bewuchsfreier Teil) gesamt Krone Laufindizes links Mittelwert maximal, minimal Bewuchs rechts Sohle Trennfläche Vorland Kennzeichnung der Bereiche I, II, III und IV bei naturnah ausgebauten

Abkürzungsverzeichnis

ATV-DVWK Deutscher Verband für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.V., Hennef BayLfW Bayerisches Landesamt für Wasserwirtschaft, München BayLfU Bayerisches Landesamt für Umwelt, Augsburg BayNatSchG Bayerisches Naturschutzgesetz BNatSchG Bundesnaturschutzgesetz BfG Bundesanstalt für Gewässerkunde, Koblenz BfN Bundesamt für Naturschutz, Bonn BWK Bund der Ingenieure für BGBl Bundesgesetzblatt CIS Common Implementation Strategy (in Verbindung mit der Umsetzung der EG-Wasserrahmenrichtlinie thematisch differenzierte Arbeits­ bereiche) DFG Deutsche Forschungsgemeinschaft, Bonn DVWK Deutscher Verband für Wasserwirtschaft und Kulturbau e.V., Bonn DWA Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.V., Hennef EU Europäische Union EUGH Europäischer Gerichtshof EG-WRRL Europäische Wasserrahmenrichtlinie EG-VSchRL Europäische Vogelschutzrichtlinie GIS Geoinformationssystem GG Grundgesetz FFH-R Flora-Fauna-Habitat Richtlinie hmwb „heavily modified water bodies“ Hrsg. Herausgeber LANA Länderarbeitsgemeinschaft „Naturschutz, Landschaftspflege und Erholung“ LAWA Länderarbeitsgemeinschaft „Wasser“ LUA NRW Landesumweltamt Nordrhein-Westfalen, Düsseldorf MUNLV NRW Ministerium für Umwelt und Naturschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz, Düsseldorf LANUV NRW Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfalen, Recklinghausen NHG Bundesgesetz über den Natur- und Heimatschutz (Schweiz) NRW Nordrhein-Westfalen 397

398

Abkürzungsverzeichnis

OBB Oberste Baubehörde im Bayerischen Staatsministerium des Innern StaWA Staatliches Amt für Wasser- und Abfallwirtschaft StUA Staatliches Umweltamt UBA Umweltbundesamt, Berlin UVP Umweltverträglichkeitsprüfung UVPG Gesetz über die Umweltverträglichkeit VwVfG Verwaltungsverfahrensgesetz WBV Verordnung über den Wasserbau (Schweiz) WHG Wasserhaushaltsgesetz WVG Wasserverbandsgesetz WWA Wasserwirtschaftsamt

Bildnachweis

W. Bauer Bild

3.11

W. Binder Farbtafeln

6 unten; 9 oben;

R. Bostelmann Farbtafeln

6 oben; 31;

H. Geipel Zeichnungen

3.2 bis 3.5; 3.15; 3.16; 3.19 4.3 bis 4.5; 4.10; 4.11; 4.13; 4.14; 4.16 10.4; 10.6; 10.10 bis 10,17; 10.19; 10.21 bis 10.26; 10.28 bis 10.32 11.1 bis 11.3

F. Hemker Bild Farbtafel

12.7 32 unten

P. Jürging Bilder Farbtafeln

3.14; 3.23; 3.25; 3.30 4.1; 4.2; 4.7; 4.12; 4.19 bis 4.21 12.2 bis 12.4 1 oben; 2 oben; 3 unten; 4 unten; 7; 8; 9 unten, 10 bis 16; 32 oben

W. Kraus Bilder Farbtafeln

3.28; 10.8; 10.9; 10.18; 10.20; 10.27 2 unten; 4 oben; 5; 18 bis 21; 22 oben; 23 unten; 24 bis 29; 30 oben

399

400

Bildnachweis

K. Leidorf Bild

3.8

H. Patt Bilder Farbtafel

3.5; 3.17; 3.21; 3.22; 3.24; 3.27 8.2; 8.3 10.3; 10.7; 10.33; 10.35a; 10.35b 12.5; 12.6 22 unten

Photogrammetrie Bild Farbtafel

4.15 1 unten

Th. Schauer Bild

4.9

R. Sonn Grafiken

2.1 3.1; 3.6; 3.7; 3.10 bis 3.13; 3.18; 3.20; 3.31 bis 3.36 4.17; 4.18 5.1 6.1; 6.3 bis 6.7 7.2; 7.3; 7.7 bis 7.23 8.1; 8.6 bis 8.11 9.1 12.1

E. Städtler Bilder Farbtafeln

3.26; 3.29 10.1 bis 10.2; 10.34; 10.36a; 10.36b 17; 23 oben; 30 unten

Glossar

Die Begriffe sind entnommen aus den aktuellen DIN-Normen und der Information Nr. 4, 1993, der Bayerische Akademie für Naturschutz und Landschaftspflege „Begriffe aus Ökologie, Landnutzung und Umweltschutz“ sowie angelehnt an Fachliteratur wie Bauer (1985), Ellenberg (1996), Leser (1997) und BfN (2002a). Zusätzlich wurde die Internet-Datenbank „Wikipeda“ genutzt. Abiotisch Unbelebt, ohne Lebensvorgänge. Allochthon Fremdbürtig, d. h. an einem anderen Ort entstanden und in ein System eingetragen. Alluvial, Alluvialböden Durch Wasser in Täler eingeschwemmtes und dort abgelagertes Material, z. B. Schotter oder Feinsedimente. Altgewässer Ehemalige Flussschlingen, die zumindest zeitweilig oberirdisch und/oder unterirdisch mit dem Gewässer in Verbindung stehen. Zu den Altgewässern gehören Altarme, Altwasser und Qualmgewässer. Altarme haben bei Mittelwasser andauernd einseitig oder beidseitig – allerdings nicht durchströmt wie ein Flussarm – Anschluss an das Gewässer. Altwasser dagegen stehen nur bei Hochwasser direkt mit dem Flusswasser in Verbindung. Qualmgewässer sind auch bei Hochwasser durch Deiche vom Gewässer abgetrennt und korrespondieren mit diesem nur unterirdisch. Totarme sind zwar ehemalige Flussschlingen. Sie sind aber dauernd, sowohl ober- wie unterirdisch vom Flusswasser abgekoppelt. Amphibisch Im Wasser und auf dem Land lebend Amphibischer Bereich eines Gewässers Bereich, der einen häufigen Wechsel zwischen Überfluten und Trockenfallen aufweist (Wasserwechselzone). Anthropogen Durch den Menschen verursacht oder beeinflusst 401

402

Glossar

Art (Species) die Grundeinheit des natürlichen Systems der Pflanzen, Tiere und Mikroorganismen Aquatisch Im Wasser lebend Aquatischer Bereich eines Gewässers Bereich, der fast ständig mit Wasser bedeckt ist. Aue Morphologisch bedingtes Überschwemmungsgebiet eines Fließgewässers (s. auch Gewässeraue, Flussaue). Auenwald, Auwald Flussbegleitende, von Überschwemmungen, hohen Grundwasserständen und -schwankungen geprägte Strauch- und Waldformationen, wobei außerhalb der Gebirge unter natürlichen Verhältnissen in öfters überfluteten, also flussnahen Bereichen Weichholzauen und in nur noch selten vom Hochwasser überstauten Bereichen Hartholzauen zu finden sind. Auflandung Prozess der Landentstehung in einem Gewässer durch Eintrag und Ablagerung von mineralischen Feststoffen (anorganischem Material); (s. auch Verlandung). Ausgleichs- und Ersatzmaßnahmen Maßnahmen des Naturschutzes und der Landespflege zum Ausgleich unvermeidbarer Beeinträchtigungen von Natur und Landschaft (§ 8 BNatSchG). Ausuferungswasserstand Wasserstand, bei dem das Ausufern beginnt (DIN 4049 Teil 1, Nr. 3.1.15). Autochthon Am Ort des Vorkommens entstanden (bodenständig, einheimisch) Benthal Lebensraum im Bereich des Gewässerbettes Benthon Lebensgemeinschaft des Gewässerbodens Biodiversität Oberbegriff für die Vielfalt der Ökosysteme, der Lebensräume mit ihren Lebensgemeinschaften, der Arten und der genetischen Varianz innerhalb einer Art. Biotop Lebensraum einer Biozönose von einheitlicher, gegenüber seiner Umgebung mehr oder weniger scharf abgrenzbarer Beschaffenheit, z. B. der Lebensraum eines Altwassers. Biotopkartierung Standardisierte Erfassung von Lebensräumen mit ihren Lebensgemeinschaften bzw. Arten innerhalb eines bestimmten Raumes; flächendeckend-repräsentativ: exemplarische Kartierung repräsentativer, typischer Biotope eines jeden Biotoptyps; selektiv: Kartierung ausgewählter, schutzwürdiger, seltener oder gefährdeter Biotope.

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Biozönose Lebensgemeinschaft der in einem Biotop regelmäßig vorkommenden Pflanzen und Tiere, die untereinander (und mit Arten weiterer Biozönosen) in Wechselbeziehungen stehen. Brenne Von der Flussdynamik – vorwiegend von nacheiszeitlichen Schmelzwasserströmen – aufgeworfene Kiesschüttung, die aufgrund der nur geringmächtigen Feinerdeabdeckung, trotz gelegentlicher Überschwemmungen, einen sehr trockenen Standort in der Aue darstellt. Bruchwald Schwarzerlenwald, der auf organischen, gewöhnlich nur im Frühjahr überstauten Böden mit ganzjährig hohem Grundwasserstand stockt. Bei saurem und nährstoffarmen Torfen lösen Moorbirke (Betula pubescens) und/oder Kiefer (Pinus silvestris) die Schwarzerle (Alnus glutinosa) ab und können bis hin zu reinen Birken- oder Kiefernbrüchen entwickelt sein. Ein Bruchwald stellt das Endstadium einer Verlandungssukzession dar. Detritus Zerfallsprodukt pflanzlichen und tierischen Ursprungs, z. B. abgestorbene Pflanzen, Kot, Leichen. Dieses organische Material ist meist dicht mit Mikroorganismen besetzt, v. a. mit Bakterien und Pilzen. Diversität Maß für die Vielfalt an Arten und Strukturen Dystroph Nährstoffarme Humusgewässer mit sehr geringem Kalk- und hohem Humusgehalt, die nur eine geringe Pflanzenproduktion zulassen. Eingriff Veränderungen der Gestalt oder Nutzung von Grundflächen, die die Leistungsfähigkeit des Naturhaushalts oder das Landschaftsbild nachhaltig beeinträchtigen können und für die zumindest eine Beteiligung oder Anzeige einer Behörde vorgeschrieben ist. Emers Teilweise aus dem Wasser ragend wachsend Endemisch Arten, die an bestimmten Orten heimisch sind. Endemit Art, die ausschließlich in einem eng begrenztem Gebiet heimisch ist. Erholung Wiederherstellung der körperlichen, geistigen und psychischen Kräfte des Menschen. Erosion Abtragungen der Erdoberfläche durch Wasser, Wind, Frost, Gravitation und Lösungsvorgänge. Eutroph Reichlich mit Nährstoffen versorgt, mit hoher Produktion. Evolution Genetische Veränderung, Anpassung und Höherentwicklung der Lebewesen.

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Extensivierung Verringerung des Einsatzes von ertragsfördernden Mitteln und/oder Methoden in der Land­nutzung, u. a. durch Rücknahme der Düngungs­in­tensität, des Pflanzenschutzmittel­ einsatzes oder durch Nutzungsumwidmungen, z. B. durch Rückführung von Acker zu Grün­land, Nutzungseinschränkungen oder Nutzungsverzicht. Faschinen Zusammengeschnürtes Reisigbündel zur Ufer-, Hang- und Deichbefestigung. Fauna-Flora-Habitat-Richtlinie Europäische Richtlinie zur Erhaltung der natürlichen Lebensräume sowie der wildlebenden Tiere und Pflanzen (92/43/EWG) Flächennutzungsplan Instrument der gesamträumlichen Planung auf kommunaler Ebene (Gemeinde); vorbereitender Bebauungsplan, der für das gesamte Gemeindegebiet die beabsichtigte städtebauliche Bodennutzung in den Grundzügen darstellt. Feststoffe Feste Stoffe, die im Wasser fortbewegt werden (ausschließlich Eis). Man unterscheidet: Schwimmstoffe, Schwebstoffe, Sinkstoffe und Geschiebe. Feststofftransport Masse der Feststoffe, die in einer bestimmten Zeit durch den betrachteten Querschnitt transportiert werden. Feuchtgebiet Ökosystem in dem reichlich Wasser zur Verfügung steht und für das feuchte vertragende Lebensgemeinschaften charakteristisch sind, z. B. Moore, Flußauen oder sonstige Feuchtebegünstigte und/oder grundwassernahe Standorte. Feuchtwiesen Feuchte Wiesen mit zeitweilig sehr hohen Grundwasser­ständen, die aber nur in trocke­ nem Zustand bewirtschaftet werden können, z. B. Kohldistelwiesen. Fließgewässerlandschaften Teilräume mit ganz spezifischen, regionaltypischen Erscheinungsformen der Gewässer und Auen. Fluvial Durch das fließende Wasser entstanden Föderalismusreform Umfangreichste Änderung des Grundgesetzes in der Ge-schichte der Bundesrepublik Deutschland. Sie regelt insbe-sondere die Beziehungen zwischen Bund und Ländern in Bezug auf die Gesetzgebung neu. Sie ist am 1. September 2006 in Kraft getreten. Furkation Flussgabelung, Umlagerung. Genist Ansammlung von Treibgut, das einen eigenen Kleinstlebensraum darstellt. Geomorphologie Lehre von den auf die Erdoberfläche gestaltend wirkenden physischen Vorgängen und den durch sie geschaffenen Formen.

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Geschiebe Feststoffe, die im Fließgewässer, insbesondere an der Gewässersohle bewegt werden. Gewässerbett Zum oberirdischen Gewässer gehörende Eintiefung oder Abdämmung der Landober­ fläche (DIN 4049 Teil 1 Nr. 3.1.5) Anmerkung: Das Überschwemmungsgebiet gehört nicht zum Gewässerbett Gewässeraue, Flussaue Talbereich mit im Jahresablauf stark schwankendem Grundwasserspiegel, teils mit Über­ flutung und Auflandung, teils mit Qualmwasseraufstieg (DIN 4047 Teil 5, Nr. 1.13). Gewässerdynamik Wirkungskomplex, der von den Abflüssen (Niedrig- bis Hochwasserabflüsse, jeweils nach Dauer, Häufigkeit und Verteilung im Jahresgang), den davon abhängigen Überschwemmungen (Überflutung, Überstauung), den mitgeführten Feststoffen (Geschiebe, Schwebstoffe, Schwimmstoffe bis hin zu Totholz) in Verbindung mit den Fließgeschwindigkeiten (Erosion, Umlagerung, Sedimentation) und den Schwankungen der Grundwasserstände in der Aue bestimmt wird. Gewässermorphologie Lehre von Entstehung und Entwicklung der Oberflächenformen der Erde; hier: Entstehung und Entwicklung der Gewässer und Auen Gewässerökologie Wissenschaft vom Stoff- und Energiehaushalt eines Gewässers einschließlich aller Wechselwirkungen seiner Bewohner untereinander und mit der abiotischen Umwelt Gewässerstrukturkartierung Nach vorgegeben Kriterien bewertete Struktur eines Gewässers mit seinen Randbereichen Grobdetritus Relativ grobes (größeres) abgestorbenes pflanzliches und tierisches Material auf dem Land und im Wasser, z. B. abgefallenes Laub auf der Gewässersohle. Großseggenriede Sauergrasformationen, die auf ganzjährig nassen, organischen Verlandungsböden wach­ sen und vorwiegend aus hohen Seggen-Arten bestehen, von denen oft nur eine Art domi­ nant auftritt. Habitat Ort, an dem Organismen einer Art regelmäßig anzutreffen sind. Oft wird der Begriff syno­nym zum Begriff Biotop gebraucht. Hartholzaue Selten und nur kurzzeitig überfluteter Bereich der Aue, in dem Hartholzarten, z. B. Gemeine Esche (Fraxinus excelsior), Stieleiche (Quercus robur) oder Bergahorn (Acer pseudoplatanus), standorttypisch sind. Hochstaudenfluren Gehölzfreie, meist nitrophile Pflanzenformation aus vorwiegend hoch- und schnellwüch­ si­gen Stauden.

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Hydraulik Strömungslehre, vorwiegend auf empirischen Beziehungen aufbauend. Im Wasserbau auch der Sammelbegriff für die verschiedenen rechnerischen Nachweise. Hydrologie Wissenschaft vom Wasser über, auf und unter der Erdoberfläche, welche sein Vorkommen, seine Zirkulation und Verteilung, seine chemischen und physikalischen Eigenschaften sowie die Wechselwirkungen mit der Umwelt erforscht. Hydrogeologie Zweig der angewandten Geologie, die sich mit dem Wasserhaushalt der verschiedenen Gesteine und Gesteinsverbände und der Möglichkeit der Wassergewinnung aus diesen befasst. Hypertroph Übermäßig stark mit Nährstoffen versorgt Ingenieurbiologie, Ingenieurbiologische Bauweisen Verwendung von Pflanzen oder Pflanzenteilen als Baustoffe im Erdbau zur Sicherung von unbefestigten Oberflächen (z. B. vor erosiven Angriffen von Wind und Wasser) Ingenieurökologie Ingenieurmäßige Umsetzung von Maßnahmen nach ökologischen Erkenntnissen Intensivlandwirtschaft, intensive Nutzung Form der Landwirtschaft mit hohem Einsatz von Produktionsmitteln je Flächeneinheit, meistens mit hohem Düngemitteleinsatz und relativ großem Aufwand an synthetisch hergestellten Pflanzenschutz-, Pflanzenbehandlungs- und Unkrautbekämpfungsmitteln. In intensiven Produktionssystemen werden meistens nur wenige Kulturpflanzen bevorzugt angebaut, wodurch artenarme Fruchtfolgen entstehen. Durch Nebenwirkungen werden Fauna, Flora, Boden, Wasser und Luft belastet. Interaktionen In der Hydraulik die wechselseitigen Beziehungen zwischen zwei unterschiedlichen Strömungsbereichen (z. B. Vorland und Hauptgerinne) Interglazial Warmzeit, wärmere Klimaperiode zwischen zwei Glazialen (Kaltzeiten), mit einem Rückgang der Vergletscherung verbunden. Interstitial Lebensraum im wassergefüllten Hohlraumsystem der Gewässersohle und der Ufer Invertebraten Wirbellose Tiere mit Ausnahme der Protozoa, der Einzeller. Isotachen Linien gleicher Geschwindigkeiten Karnivore Fleischfressende Pflanzen und Tiere Kaskade Folge von kleinen Abstürzen (Wasserfällen)

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KLIWA KLIWA (Klimaveränderung und Konsequenzen für die Was-serwirtschaft) ist eine Kooperation aus dem Deutschen Wet-terdienst (DWD), dem Umweltministerium BadenWürttemberg (UM BW) und dem Bayerischen Staatsministe-rium für Umwelt, Gesundheit und Verbraucherschutz (BayStMUGV). Konkurrierende Gesetzgebung (s. Art. 74 GG) Aufgabenverteilung hinsichtlich der Ausgestaltung von Rechtsnormen; in den Gebieten der konkurrierenden Gesetz-gebung haben Bund und Länder das Recht der Gesetzgebung Kulturlandschaften Aufgrund der Nutzung durch den Menschen in historischer Zeit entstandene und durch die Nutzungsformen geprägte Landschaft mit überwiegend anthropogen bestimmten Ökosystemen (im Gegensatz zur Naturlandschaft) kohäsiv Fähigkeit der Tonpartikel zusammen zu kleben; zusätzlicher Widerstand beim Feststofftransport. Kolmation Selbstabdichtung eines Gewässerbettes durch Verschlammung Krenal Quellzone, Lebensraum eines Quellbereichs Kryal Lebensraum des Gletscherbaches, der vom schmelzenden Gletschereis beeinflusst ist. Längsverbau Sicherung im Gewässerbett parallel zur Fließrichtung Landespflege Zusammenfassende Bezeichnung für die Aufgabengebiete Naturschutz und Landschaftspflege einschl. der Grünordnung Landesraumordnungsprogramm Gesamträumliche Planung auf Länderebene (Bundesland) zur Abstimmung unterschiedlicher Anforderungen an den Raum (mit unterschiedlichen Bezeichnungen in den einzelnen Bundesländern) Landschaftsökologie Wissenschaft von der Struktur, Funktion und Entwicklung von Landschaften. Landschaftspflegerischer Begleitplan Beitrag des Naturschutzes und der Landschaftspflege in Text und Karte zum Fachplan für konkrete Planungsobjekte auf kommunaler Ebene (Teil des Bebauungsplans) zur Darstellung der zum Ausgleich von Eingriffen erforderlichen Maßnahmen des Naturschutzes und der Landschaftspflege durch den Planungsträger (§ 14 Abs. 2 BNatSchG). Landschaftspflege Vorbereitung und Durchführung von Maßnahmen zur Sicherung der nachhaltigen Nutzungsfähigkeit der Naturgüter sowie der Vielfalt, Eigenart und Schönheit von Natur und Landschaft.

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Landschaftsplan Text- und kartenmäßige Darstellung der örtlichen Erfordernisse und Maßnahmen zur Verwirklichung der Ziele des Naturschutzes und der Landschaftspflege u. a. als Fachbeitrag zu Bauleitplänen (§ 16 BNatSchG). Landschaftsplanung Fachplanung des Naturschutzes und der Lanschaftspflege (als Teil der gesamträumlichen Planung) in den Stufen Landschaftsprogramm, Landschaftsrahmenplan und Landschaftsplan.



Landschaftsprogramm Landschaftsplanung auf Landesebene u. a. als Fachbeitrag zum Landesraumordnungsprogramm (§ 15 BNatSchG) Landschaftsrahmenplan Landschaftsplanung auf regionaler Ebene (z. B. Regierungsbezirk, Region, Kreis) u. a. als Fachbeitrag zum Regionalplan (§ 15 BNatSchG). Limnisch Im Süßwasser lebend bzw. entstanden Limnologie Ökologie der Binnengewässer Mäander Gewässerschlinge; beim Durchbruch einer Gewässerschlinge entstehen Altgewässer. Makrozoobenthos Gesamtheit der mit dem Auge sichtbaren wirbellosen Lebewesen des Gewässerbodens Makrophyten Mit bloßem Auge sichtbare Wasserpflanzen Melioration Maßnahmen zur nachhaltigen Verbesserung der land- und forstwirtschaftlichen Nutzbarkeit des Bodens Meliorationsgewässer Künstliche Gewässer, die aus landeskulturellen Zwecken zur Verbesserung des Bodenwasserhaushaltes angelegt wurden und der regelmäßig wiederkehrenden Unterhaltung bedürfen (vorwiegend Entwässerungsgräben). Mesotroph Mittlerer Trophiegrad, d. h. mittelmäßig mit Nährstoffen versorgt. Migration Wanderung (Ausbreitung), hier von Pflanzen- und Tierarten. Modellversuchswesen Teilgebiet des Wasserbaus; Nachbildung von Strömungs­vorgängen in einem verkleinerten­ physikalischen Modell Monitoring Langfristige, regelmäßig wiederholte und zielgerichtete Erhebung im Sinne einer Dauerbeobachtung mit Aussagen zu Zustand und Veränderungen von Natur und Landschaft.

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Morphologie Gestalt-, Formenlehre; in der Biologie die Wissenschaft von Struktur und Gestalt der Organismen einschließlich der Wandlung ihrer Gestalt während ihrer Entwicklung. Nachhaltigkeit, nachhaltige Entwicklung Dauerhafte Gewährleistung einzelner oder mehrerer Funktionen eines Ökosystems, d.h. eine stetige und optimale Bereitstellung sämtlicher materieller und immaterieller Leistungen ohne sich selbst zu erschöpfen. Nasswiesen Praktisch ganzjährig nicht bewirtschaftbare Grasformation mit hohem Seggen-Anteil bei andauernd hohem Grundwasserstand Naturnaher Wasserbau Ausbau und Unterhaltung von Fließgewässern mit an die jeweiligen natürlichen Gewässerlandschaften angepassten Ausbau- und Unterhaltungsmethoden Natürlichkeitsgrad Der Zustand eines Ökosystems in Hinblick auf seine Naturnähe. Als Bewertungsmaßstab wird folgende fünfstufige Skala verwendet (verändert nach Bauer, 1985): Natürlich: Die Bewertungsmerkmale entsprechen vollständig einer vom Menschen nicht beeinflussten Aus­prä­gung. Naturnah: Die Bewertungsmerkmale entsprechen weitgehend einer von Menschen nicht beeinflussten oder einer naturraumgerechten, wiederhergestellten Ausprägung. Bedingt Die Bewertungsmerkmale entsprechen nur teilweise einer von Menschen Naturnah: nicht beeinflussten oder einer weitgehend naturraumgerechten neu geschaffenen Ausprägung. Naturfern: Die Bewertungsmerkmale liegen in einer von Menschen weitgehend veränderten Ausprägung vor. Naturfremd: Die Bewertungsmerkmale liegen in einer von Menschen vollständig veränderten Ausprägung vor. Naturraum Physisch-geographische Raumeinheit mit typischen Landschaften, Nutzungsformen und Ökosystemen. Neophyten Pflanzen, die durch den Handels- und Reiseverkehr aus fremden Florengebieten eingeschleppt wurden und sich vielerorts in zunehmenden Maße ausgebreitet haben. Offene Gerinne Bezeichnung für Fließgewässer, in denen sich eine freie Wasseroberfläche ausbilden kann. Ökologie Wissenschaft vom Haushalt der Natur sowie von den Wechselwirkungen der Lebewesen untereinander und mit ihrer abiotischen Umwelt Ökosystem Funktionelle Einheit der Ökosphäre als Wirkungsgefüge aus abiotischen Bestandteilen (Biotop) und Lebewesen (Biozönose), die untereinander und mit ihrer Umwelt in energetischen, stofflichen und informatorischen Wechselbeziehungen stehen. Oligotroph Geringer Trophiegrad, d. h. nur gering mit Nährstoffen versorgt; geringe Produktion.

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Periglazial Allgemein für „im Eis- bzw. Gletscherumland gebildet“, z. B. Materialien und Reliefformen. Perigazial kann aber auch einen bestimmten, eiszeitlichen Zeitraum, Klimabegriff oder Ökosystemzustand bedeuten. Photosynthese Nutzung des Lichtes durch Pflanzen als Energiequelle für den Aufbau organischer Substanz Phytoplankton Pflanzliches Plankton Pionierarten Tier- oder Pflanzenarten, die als erste einen vegetationslosen Boden (Rohboden) besiedeln, oft Vorbereiter für anspruchsvollere Arten. Planfeststellung Rechtsverbindliches Verfahren, in dem zur Schaffung von Baurecht für Vorhaben die Abwägung aller Belange abschließend vorzunehmen ist. Plankton Gemeinschaft der im Wasser suspendierten Organismen (Phyto- und Zooplankton) Polder Im Binnenland: von Deichen umschlossenes Gebiet. Im Überschwemmungsbereich: Teil des Wasserlaufes, das dem Hochwasserschutz dienen soll. Population Gesamtheit der Individuen einer Art mit gemeinsamen genetischen Gruppenmerkmalen innerhalb eines bestimmten Raumes Postglazial Allgemein für „nacheiszeitlich“, meist auf die Zeit nach der letzten Eiszeit, also der Würmeiszeit, bezogen. Potamal Flussregion, Zone eines Tieflandflusses. Weitere Unterteilung: – Epipotamal, obere Zone (Barbenregion), – Metapotamal, mittlere Zone (Blei- oder Brachsenregion) und – Hypopotamal, untere Zone (Kaulbarsch-Flunder-Region) Potentielle natürliche Vegetation Vegetation, die sich unter den gegenwärtigen Umweltbedingungen ohne Eingriff des Menschen von selbst einstellen würde. Prioritäre Stoffe Vorrangig zu untersuchende bzw. zu betrachtende Stoffe, bei denen gegenüber dem aquatischen Ökosystem ein Gefähr-dungsvermögen vermutet oder nachgewiesen wurde. Die Stoffe sind im Anhang X der WRRL aufgeführt Querverbau Sicherung im Gewässerbett quer zur Fließrichtung

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Rahmengesetzgebung Kompetenz des Bundes in bestimmten Bereichen den Bun-desländern einen „Rahmen“ für die Ländergesetze vorzugeben. Die Rahmengesetzgebungskompetenz wurde am 1. September 2006 mit dem Inkrafttreten der Föderalismusre-form abgeschafft. Referenzgewässer Gewässer oder Gewässerstrecken, die aufgrund ihrer vorhandenen naturraumtypischen Erscheinungsformen als Beispiel für die Renaturierung anderer Gewässer dienen können. Von derartigen Gewässern können charakteristische Merkmale abgeleitet und u. U. auf andere Gewässer im gleichen Naturraum übertragen werden. Rekultivierung Wiedernutzbarmachung (gezielte Standortaufbereitung) der terrestischen Bereiche von ehemals intensiv genutzten Betriebsflächen (z. B. Ton-, Sand-, Kiesgruben, Deponiegelände) und ihre Integration in die umgebende Landschaft mit dem Ziel einer landwirtschaftlichen, waldbaulichen oder erholungsorientierten Folgenutzung – wirtschaftsbezogene Sanierung (vgl. Renaturierung). Relief Oberflächenformen der Erde Renaturierung Weitgehende Wiederherstellung eines Lebensraumes, z. B. eines Gewässers mit seinen Randbereichen entsprechend seinem natürlichen Charakter Retention Stoff- oder Wasserrückhalt durch natürliche Gegebenheiten oder künstliche Maßnahmen Retentionraum Hochwasserrückhalteraum Revitalisierung Verbesserung der ökologischen Bedingungen in und an einem Gewässer im Hinblick auf eine naturnähere Situation Rhithral Zone der Gebirgsbäche und -flüsse (Salmonidenregion). Weitere Unterteilung: – Epirhithral, obere Zone (obere Forellenregion) – Metarhithral, mittlere Zone (untere Forellenregion) und – Hyporhithral, untere Zone (Äschenregion) Rigolen Tiefgründiges Umschichten von Bodenmaterial zur Bodenverbesserung, z. B. zur Verbesserung des Bodenwasserhaushaltes durch „Aufbrechen“ von wasserstauenden Schichten. Röhricht Grasartige Pflanzen und/oder Großstauden in der Wasserwechselzone Rote Liste Verzeichnis von Tier- und Pflanzenarten, Lebensgemeinschaften oder Lebensräumen mit gebietsbezogener Einstufung hinsichtlich ihrer Gefährdung (und Seltenheit) nach vorgegebenen Kriterien und Kategorien. Rückbau Im wasserbaulichen Sinne bedeutet Rückbau die Renaturierung oder Revitalisierung von Gewässern

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Rückhaltebecken Auffangbecken für Niederschlagswasser Rural „Ländlich“; spezielle Eigenschaften des ländlichen Raums Saprobien Organismen, die im Wasser von faulenden Stoffen leben. Saprobienindex Zahlenmäßige Angabe zur Beschreibung des Saprobienbereiches, d.h. der Gewässergüte nach ihrem Verschmutzungsgrad. Schwebstoffe Feststoffe in Flüssigkeiten, die durch Fließen oder Turbulenzen in Schwebe gehalten werden. Sedimente Von Wasser, Eis und/oder Wind in Schichten abgelagerte Stoffe, z. B. Verwitterungsprodukte sowie anorganische und organische Stoffe in Gewässern. Sedimentation Ablagerungsprozess, der zur Bildung von Sedimenten führt. Schubkraft, Schleppkraft Transportkraft fließender Gewässer Sohlenschubkraft: an der Sohle wirkende Schubkraft Semiaquatisch Teilweise im Wasser lebend Stand der Technik „… ist der Entwicklungsstand fortschrittlicher Verfahren, Ein­richtungen oder Betriebsweisen, der die praktische Eignung einer Maßnahme zur Begrenzung von Emissionen in Luft, Wasser und Boden, zur Gewährleistung der Anlagensicherheit, zur Gewährleistung einer umweltverträglichen Abfallentsorgung oder sonst zur Vermeidung oder Verminderung von Aus­wirkungen auf die Umwelt zur Erreichung eines allgemein hohen Schutzniveaus für die Umwelt insgesamt gesichert erscheinen lässt“. Stenotherm Bezeichnung für Organismen, die keine große Schwankungsbreite der Temperatur ertragen und somit, bezogen auf die Temperatur, nur in bestimmten Biotopen leben können. Der Begriff wird oft noch weiter präzisiert, z. B. kaltsthenotherm für Lebensgemeinschaften ganzjährig kalter Gewässer. Struktur Relationen, welche die Menge der Kompartimente („Inhaltsräume“) eines Systems räumlich und funktional miteinander verbinden. Submers Untergetaucht wachsend Sukzession Zeitliche Aufeinanderfolge von Arten bzw. Lebensgemeinschaften eines Biotops, die von einem Pionierstadium zu einem sich selbst erhaltenden Stadium des Fließgleichgewichts (Klimax) führt.

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Terrestrisch Auf dem Land lebend Terrestrischer Bereich eines Gewässers Bereich eines Gewässers, der selten von Wasser bedeckt wird. Totholz Abgestorbene (liegende und stehende) Äste, Stämme und Bäume. Tracer Sammelbezeichnung für Stoffe, die Reaktionen in Organismen oder in der Umwelt bzw. Wanderrichtungen von Materialtransporten aufklären sollen. Trennflächen Fiktive Flächen zwischen zwei unterschiedliche Strömungsbereichen in einem Gewässerquerschnitt. Bei der hydraulischen Berechnung von naturnahen Gerinnen wird vereinfachend angenommen, dass die Interaktionswiderstände in den Trennflächen wirken. Trophie, Trophiegrad Grad der Versorgung eines Ökosystems mit verfügbaren Nährstoffen, die letztlich die Intensität der Produktion organischer Substanz durch Photosynthese mitbestimmt (s. auch oligotroph, mesotroph, eutroph, hypertroph und dystroph). Überschwemmungsgebiete Flächen, die nach dem Ausufern eines Hochwassers überschwemmt werden. Ufer Seitlicher Teil des Gewässerbetts zwischen Mittelwasserstand und Ausuferungswasserstand Uferstreifen Geländestreifen entlang des Gewässers, mit besonderer Bedeutung für dessen Unterhaltung, naturnahe Gestaltung und Nutzung. Uferwege Sammelbezeichnung für unterschiedliche Wege in Gewässernähe. Sie können umfassen: Unterhaltungswege, d.h. aufgekieste Fahrten, leicht humusiert und begrünt Wanderwege mit wassergebundener Decke Radwege mit wassergebundener oder asphaltierter Decke land- und forstwirtschaftliche Wege entsprechend den Richtlinien für den ländlichen Wegebau (DVWK, 1999f) Umweltgesetzbuch (UGB) Zusammenfassung der Umweltgesetzgebung in einem ge-meinsamen Gesetzbuch; zur Zeit der Drucklegung dieses Buches lag ein Referentenentwurf vor; mit einer Einführung ist im Jahre 2009 zu rechnen Umweltverträglichkeitsprüfung Unselbständiger Teil verwaltungsbehördlicher Verfahren, die der Entscheidung über die Zulässigkeit von Vorhaben gem. Anlage zu § 3 UVPG dienen, mit dessen Hilfe Auswirkungen auf die Umwelt ermittelt, dargestellt und beurteilt werden; die UVP soll im Hinblick auf eine wirksame Umweltversorgung der Entscheidungsvorbereitung dienen. Urban Städtisch, zur Stadt gehörend.

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Verklausung Ansammlung von Treibgut, das ein Anstauen des Wasserspiegels bewirkt. Verlandung Prozess der Landentstehung in einem Gewässer durch Ablagerung von biogen entstandenen Stoffen (organisches Material), z. B. der Verlandungsprozess eines Altarms (s. auch Auf­landung). Versiegelung Abdichtung von Bodenflächen (z. B. durch Asphaltierung, Betonierung, Bebauung), die zum Verlust der natürlichen Bodenfunktionen (Lebensraum, Wasser- und Nährstoffkreisläufe, Filter- und Puffereigenschaften) führt. Vogelschutzrichtlinie EG-VSchRL, Richtlinie des Rates vom 2. April 1979 über die Erhaltung der wildlebenden Vogelarten (79/409/EWG) Weichholzaue Häufig überfluteter Bereich der Aue oberhalb des Mittelwassers, in dem Weichholzarten, vor allem Silberweide (Salix alba), standorttypisch sind. WISE Wasser-Informationssystem für Europa – oder WISE (Water Information System for Europe) – ist ein Zugangsportal für Daten und Informationen auf europäischer Ebene. Diese werden von unterschiedlichen Institutionen und Körperschaf-ten zusammengetragen wurden und waren bisher nicht zugänglich. Zersiedlung Durch die Siedlungstätigkeit des Menschen zunehmende mosaikartige Durchsetzung eines zusammenhängenden Landschaftsraumes (z. B. mit Siedlungen, Nutzflächen und Infrastruktur). Zonation, Zonierung Ökologische Raumgliederung in Abhängigkeit von einem oder mehreren sich meist graduell ändernden Standortfaktoren, z. B. bei kleinräumiger Betrachtungsweise die im Wesentlichen wassertiefenabhängige Abfolge von Vegetationsgesellschaften eines Verlandungsgürtels am Rande eines Stillgewässers. Zooplankton Tierisches Plankton

Farbtafeln Farbtafel 1

Überschotterung einer Aue an einem Gebirgsbach mit Grauerle (Alnus incana)

Überflutete Weichholzaue

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Farbtafel 2

Sturzquelle in einem Buchenwald im Gebirge

Alpine Umlagerungsstrecke mit großen Schotterflächen

Farbtafel 3

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Geschiebeführender Oberlauf

Auf derartigen Schotterflächen siedeln sogenannte Alpenschwemmlinge, z.B. Silberwurz – (Dyras octopetala)

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Farbtafel 4

Voralpine Umlagerungsstrecke in der ein Weidenaufwuchs Schotterbänke auf Zeit fixieren kann

Bis zu mittleren Hochwasser kann auch das Rohrglanzgras (Phalaris arundinacea) als Fluss­röhricht mit seinem intensiven Wurzelwerk Kiesbänke sichern und als Fließhindernis für un­terschiedliche Sedimentbereiche und damit Strukturen sorgen

Farbtafel 5

Gekrümmte Mittellaufstrecke mit ausgeprägten Prall- und Gleitufern

Dynamischer Mittellauf eines Fließgewässers im Hügelland

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Farbtafel 6

Auch ein kleines Gewässer kann entsprechend seinem Gefälle und Verlauf einen Unterlaufcharakter ausweisen. Biozönotisch ist es aber wohl u. a. aufgrund der Beschattung einer oberen Laufregion zuzuordnen.

Ein naturnahes geschiebe- und schwebstoffreiches Fließgewässer bildet bei einer Mündung in einen See ein großes Delta aus

Farbtafel 7

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Naturnahe Fließgewässer zeichnen sich durch einen hohen Totholzanteil aus

Auch in einem tidebeeinflussten Unterlauf bedeutet Totholz eine wesentliche Strukturbereicherung

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Farbtafel 8

Schotter mit großen Steinblöcken prägen die Strukturen eines Gebirgsbaches

Mächtige Kiespolster strukturieren voralpine Flüsse

Farbtafel 9

Sandige Substrate können z.  B. für Mittelgebirgsflüsse typisch sein, während …

… in tidebeeinflussten Flachlandflüssen schlickige Substrate vorherrschen

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Farbtafel 10

Naturnahe Weichholzaue mit Weiden (Salix spec.) und Grauerlen (Alnus incana)

Eschenreiche Hartholzaue mit Bärlauch (Allium ursinum) in der Krautschicht

Farbtafel 11

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Altwasser mit Schwimmblattgesellschaften, Röhrichten und Auenwald

Verlandetes Altgewässer mit Schwarzerle (Alnus glutinosa) und vorherrschender SumpfCalla (Calla palustris) in der Krautschicht; dieses Bild zeigt einen typischen Bruchwald als Verlandungsendstadium

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Farbtafel 12

Dieser Schichtquellenbereich verliert bereits nach einem Höhenmeter seine Natürlichkeit durch einen nutzungsbedingten Aufstau

Auch Mühlstaue verändern viele Fließgewässercharakteristika nachhaltig und unterbrechen die „ökologische Durchgängigkeit“

Farbtafel 13

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Anstelle der Weichholzaue stocken hier im Vorland in „Reih und Glied“ hochwassergerecht aufgeastete Hybrid-Pappeln

Künstliches, staugeregeltes Fließgewässer in einer landwirtschaftlich genutzten Aue

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Farbtafel 14

Ausgedehnte, naturnahe Ersatzgesellschaften aus Wiesen- und Röhrichtarten mit dominantem Großem Wasserschwaden (Glyceria maxima)

In trockeneren Uferbereichen finden sich mitunter als Ersatz für die Gehölze Hochstaudenfluren. Hier mit Blutweiderich (Lythrum salicaria) und Gilbweiderich (Lysimachia vulgaris)

Farbtafel 15

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Stellenweise beherrschen Neophyten die Ufer wie z. B. das Indische Springkraut (Impatiens glan­dulifera). Rechts im Bild der submers wachsende Aufrechte Igelkolben (Sparganium erectum)

Durch vollen Lichtgenuss und nährstoffreiches Wasser kann sich eine üppige submerse Vegetation ausbilden z. B. aus vorherrschendem Wasserstern (Callitriche spec.)

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Farbtafel 16

Durch Flusskorrektion und damit abgesunkenem Grundwasserstand trockengefallenes Altgewässer

Nutzungsbedingt weist dieses Altgewässer an seinen Ufern keine Gehölzstrukturen auf, so dass es u. a. der vollen Sonneneinstrahlung ausgesetzt ist und keinen Puffer gegenüber Stoff­einträgen besitzt

Farbtafel 17

Eigendynamische Entwicklung eines Nebenarmes (s. auch Bilder 10.1 bis 10.2)

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Farbtafel 18

Information angrenzender Landwirte bei der Neuan­lage von Uferstreifen

Uferstreifen schaffen Abstand zwischen landwirtschaftlicher Nutzfläche und Gewässer

Farbtafel 19

Auerevitalisierung durch Ausbaggern eines neuen Altwassers

Auerevitalisierung durch Wiedervernässung einer alten Abflussmulde

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Erlenwurzeln – eine natürliche Ufersicherung

Weidenspreitlage als Böschungsschutz

Farbtafel 20

Farbtafel 21

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Hochstaudenflur der Gewöhnlichen Pestwurz (Petasites hybridus)

Sukzession nach Gewässeraufweitung

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Farbtafel 22

Artenreicher Ufersaum

Rohrglanzgras zur Ufersicherung

Farbtafel 23

Steinsatz und Weidensteckhölzer zur Ufersicherung

Buhne zur Aktivierung des Geschiebes im Gleituferbereich

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Wurzelstockbuhne

Flechtwerkbuhne

Farbtafel 24

Farbtafel 25

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Steinsporne zum Uferschutz unmittelbar nach Einbau

Eingrünung nach zwei Jahren

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Technischer Sohlengurt

Sohlengurte in naturnaher Bauweise

Farbtafel 26

Farbtafel 27

Kaskadenrampe zur Anbindung eines Seitengewässers

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Rampe bei Mittelwasserabfluss …

… und bei Hochwasserabfluss

Farbtafel 28

Farbtafel 29

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Ehemaliges Ausleitungs­wehr …

… umgestaltet zur Kaskade

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Gestaltung eines Hochwasserschutzdeiches

Freizeitnutzung an Fließgewässern

Farbtafel 30

Farbtafel 31

Flachlandgewässer vor und …

… nach Krauten und Mahd

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Farbtafel 32

Mähkorb im Einsatz

Modifizierte Krautung

Sachwortverzeichnis

A Abfluss  100, 171, 175, 177 –– gewellter  188 –– grundwasserbürtiger  176 –– kritischer spezifischer  213 –– mittlerer  182 –– schießender  211 Abflussentstehung  175 Abflussganglinie  177 Abflussgeschehen  205, 246, 248 Abflussregime  182 Ablagerung  100, 217 Absturz  210, 303 Abwasser  133 Abwassereinleitung  80 Akzeptanz  251 Akzeptanzförderung  254 Algenbewuchs  228 Altarme  66, 68 Altgewässer  66, 68, 124, 144, 261, 269 Altwasser  66, 68 Anbinden von Seitengewässern  272 Anhörung der Öffentlichkeit  11 Annuellenflur  122 Antidünen  226 Artendiversität  153 Artengemeinschaft  248 Artenverarmung  139 Auendynamik  100, 129 Auenvitalisierung  273 Auflandung  69, 269 Aufstau  85 Ausbau  34, 76, 82 Ausbau- und Unterhaltungsmaßnahmen  252 Ausbau von Gewässern  32, 34 Ausbildung  256 Ausbreitungsbänder  103

Ausbreitungsflüge  137 Ausgleichbarkeit  49 Ausgleichsabgabe  50 Ausgleichsmaßnahme  37, 50 Ausgleichs‑ und Ersatzmaßnahmen  49 Ausuferung  178 Ausweisung von Baugebieten  36 B Bach  89 Bäche und kleine Flüsse  88 Bachpatenschaft  254 Baumaterial  323 Bau von Sohlenrampen  304 Beckenpass  313 Bemessungsabfluss  211 Benutzung  32 Bericht der Kommission  13 Berichterstattung  12 Bernoulli-Gleichung  186 Besiedlung  77, 80 Besiedlungsdynamik  249 Bestandsaufnahme  167 –– Bewertungskriterien  169 –– Ergebnisse der ersten Zustands­ bewertung  169 Beteiligung der Öffentlichkeit  254 Bewegungsbeginn  225 Bewertung –– Leitbildorientierte  153 Bewertungskomponenten  240 Bewertungsverfahren  241 Bewilligung  31 Bewirtschaftung  236 Bewirtschaftungsplan  11, 21, 38, 243 Bewirtschaftungsziele  32 Bewuchsstruktur  197 Binnengewässer  86 447

448 Biomonitoring  152 Biotopvernetzung  26 Biozönologische Verfahren  149 Biozönose  153 Bodenspeicher  176 Bodenverbände  39 Bordvoller Abfluss  182 Borsten-Fischpass  312 Böschungsfußsicherung  278 Böschungsrasen  285 Buhne  292, 294 –– deklinante  292 –– inklinante  292 –– rechtwinklige  292 Bundesnaturschutzgesetz  39 Buschlage  283 C charakteristische Merkmale  91 chemische Unterhaltung  354 chemisch-physikalische Verfahren  147 D Dauerlinie  182 Deckschicht  229 Deichbau  319 Deiche  317 –– Gehölze auf Deichen  319 –– Gestaltung und Unterhaltung  317 –– Rückverlegung  320 Denilpass  313 Deskriptor  16 Destruent  111 Diversitäts- und Ähnlichkeits-Indizes  152 Dreiecksbuhne  295 Duldungspflicht  345 Düne  226 Durchbruchstrecke  69 Durchgängigkeit  85, 114, 137, 270, 307 Durchsickerungsrate  176 dynamische Systembausteine  246 E EG-Wasserrahmenrichtlinie  4 –– Adressaten  15 –– Anhänge  15 –– Anhörung der Öffentlichkeit  11 –– Aufhebung von Rechtsakten  15 –– Begriffsbestimmung  6 –– Bericht der Kommission  13 –– Berichterstattung  12 –– Beurteilung der Auswirkungen  17 –– Bewirtschaftungspläne  11, 21 –– Einstufung und Darstellung  19

Sachwortverzeichnis –– Emissionsgrenzwerte und Umweltqualitätsnormen  23 –– Ermittlung der Belastungen  17 –– Flussgebietsorientierte Bewirtschaftung  6 –– Fristen  7 –– Grundwasserverschmutzung  13 –– Inhalte  5 –– Inkrafttreten  15 –– kostendeckende Wasserpreise  9 –– Liste der zuständigen Behörden  15 –– Liste von Maßnahmen  21 –– Maßnahmenprogramm  10 –– normative Begriffsbestimmung  19 –– Oberflächenwasserkörper  16 –– Ökoregionen  16 –– prioritäre Stoffe  23 –– Punktquellen und diffuse Quellen  10 –– Qualitätskomponenten  18 –– Regelungsausschuss  14 –– Sanktionen  15 –– Schutzgebiete  9, 18 –– technische Anpassung  14 –– typenspezifische Referenzbedingungen  17 –– Überwachung  19 –– Überwachung des Zustands  9 –– Umsetzung  15 –– Umweltauswirkungen  8 –– Umweltziele  6 –– Verzeichnis der wichtigsten Schadstoffe  23 –– Wasserverschmutzung  12 –– wirtschaftliche Analyse  18 –– Zeitrahmen  5 –– Ziele  5 –– zukünftige Maßnahmen  14 Eigendynamik  259, 263 Eigentumsverhältnisse  345 Eingriffsregelung  41, 45, 46 –– Ausgleichs‑ und Ersatzmaßnahmen  49 –– Eingriffe  46 –– Erfolgskontrollen  50 –– prioritäre Biotope  48 –– Projekte in Schutzgebieten  47 –– Verfahrensinhalte  48 –– Verursacherpflichten  47 Emissionsgrenzwerte  23 Entwicklungsziel  251 Erfolgskontrolle  50 Erheblichkeit der Beeinträchtigung  49 Erlaubnis  31 Erlen-Phytophthora  337 Erlensterben  336 Ernährungstyp  116, 140

Sachwortverzeichnis Erosion  58, 62, 100, 217, 259, 266 Erosionsprozess  92 Ersatzmaßnahmen  50 Ersatzvornahme  50 Europäische Naturschutzrichtlinien  23 Europäische Rechtsnormen  3 Europäische Wasserrahmenrichtlinie  3 Evaporation  174 Evapotranspiration  174 F Faschinenbündel  278, 279 Faschinenmatte  279 Faschinenwalze  278, 283 Fauna-Flora-Habitat-Richtlinie  4, 24 Fertigrasen  326 Feststoff  221 Feststoffbilanz  233 Feststoffdepot  266 Feststoffhaushalt  249 Feststoffherd  217 Feststofftransport  100, 205, 215, 221, 233 FFH-Gebiete  26 FFH-Richtlinie  4, 23 Filteraufbau  305 Filtervlies  305 Filtrierer  116, 120, 126 Fischabstiegsanlagen  307, 314 Fischaufstiegsanlage  307 Fischrampe  311 Fischregion  117 Fischschutzanlagen  314 Fischwanderhilfen  307 –– Fischrampe  311 –– naturnahe Bauweisen  310 –– Planungsgrundlagen  308 –– Sonderformen  312 –– technische Bauweisen  313 –– Umgehungsgerinne  310 Flächentausch  253 Flächenversiegelung  178 Flachlandtäler  60 Flechtwerksbuhne  297 Flechtzaun  281 Fließgeschwindigkeit  100, 186 Fließgewässer  99, 129 –– Altgewässer  124 –– anorganische Stoffe  110 –– anthropogen veränderte  128 –– biotische Faktoren  111 –– chemische Faktoren  109 –– Durchgängigkeit  114 –– Fließgewässer- und Auendynamik  100 –– Fließverhältnisse  130 –– Lebensgemeinschaften  114

449 –– Lebensraum  102, 114 –– Mittellauf  121 –– morphologische Strukturen  106 –– Mündungslauf  126 –– Nährstoffe  111 –– Nahrungskette  111 –– natürliche  99 –– Oberlauf  118 –– physikalische Faktoren  103 –– Quelle  117 –– Quelllauf  117 –– Sauerstoff  109 –– Strahlungsverhältnis  104 –– Strömungsverhältnis  103 –– Temperatur  105 –– Unterlauf  124 –– Wasserrückhalt  100 Fließgewässerdynamik  100, 129 Fließgewässerentwicklung  62, 235, 245 –– Akzeptanzförderung  254 –– Altgewässer  66 –– anthropogen beeinflusste  76 –– Arbeitsschritte  249 –– Ausbau- und Unterhaltungsmaßnahmen  252 –– Besiedlung  77 –– Beteiligung der Öffentlichkeit  254 –– Durchbruchstrecken  69 –– Durchgängigkeit  85 –– Entwicklungsziele  251 –– Fließgewässertypologie  250 –– Gebietsübersicht  249 –– gewässerbettbildende Prozesse  62 –– Grunderwerb  253 –– Hochwasserschutzmaßnahme  84 –– künstliche Gewässer  86 –– Landnutzung  77 –– Längsprofil  70 –– Laufform  64 –– Laufkorrektur  82 –– Leitbild  250 –– Linienführung  64 –– natürliche  62 –– Planungsebenen  245 –– Profilausbau  82 –– Querprofile  70 –– Referenzgewässer  250 –– Sohlenstruktur  70 –– Überschwemmungsgebiet  252 –– Umsetzung  252 –– Wehre und Stauanlagen  85 –– Zeiträume  74 Fließgewässerentwicklungsprogramm  245 Fließgewässerlandschaft  94, 161, 249 Fließgewässerstrukturkartierung  154

450 Fließgewässertypisierung  90 –– charakteristische Merkmale  91 –– Referenzgewässer  91 –– Typisierungsschemata  93 Fließgewässertypologie  250 Fließgewässer- und Auendynamik  100 Fließgewässerunterhaltung  158 Fließverhältnisse  130 Fließwechsel  188 Fließwiderstand  189, 192 Fluss  89 Flussgebietseinheit  8, 236, 245 Flussgebietsmanagement  235 flussgebietsorientierte Bewirtschaftung  6 Flusskorrektion  129 Flussröhricht  275 Flussstaue  131 Flutung –– künstlich (gesteuert)  179 –– natürliche  179 Föderalismusreform  28 Förderprogramm  257 Formenvielfalt  73 Fortbildung  256 Freizeit und Erholung  320 Froude-Zahl  187 Furkation  92 G Ganglinie  182 Gebietsübersicht  249 Gehölz  286, 319, 330, 334 Gehölzansaat  330 Gehölze auf Deichen  319 Gehölzpflege  357 Gehölzstreifen  357 Geomorphologie  58 Geotextiler Filter  305 Geotextilien  343 Gerinneleistung  189 Geschiebe  130, 218 Geschiebedefizit  266 Geschiebehaushalt  82, 262, 266 Geschiebejahresfracht  232 Geschiebemessung  233 Geschiebetransport  219 Geschiebetransportformel  229 Geschiebezugabe  266 geschlichtete Rampe  303 Geschwindigkeitsverteilung  185 Gesteuerte Überflutung  179 Gewässer  55 Gewässeraufweitung  264 Gewässerausbau  34 Gewässerbelastung  133

Sachwortverzeichnis Gewässerbett  55 gewässerbettbildende Prozesse  62 Gewässerbiozönose  149 Gewässerdynamik  100, 109 Gewässerentwicklung –– eigendynamische  262 Gewässerentwicklungskonzept  245 Gewässerentwicklungsplan  245, 251 Gewässerentwicklungsplanung  246 Gewässergüte  147, 239 –– Bewertung  153 –– biologische Verfahren  149 –– Biomonitoring  152 –– biotische Indizes  152 –– biozönologische Verfahren  149 –– chemisch-physikalische Verfahren  147 –– Gewässergütekarte  153 –– Güteklasse  153 –– Saprobienindizes  149 Gewässergütekarte  153 Gewässernachbarschaft  254 Gewässerstruktur  147 Gewässerstrukturkarte  161 Gewässerstrukturkartierung  154 Gewässerstrukturklasse  158 Gewässerunterhaltung  32, 136, 143, 345 Gewässerunterhaltungsplan  363 Gewässerverlauf  109 Gleituferstruktur  263 Grabenfräse  352, 355 Grenzverhältnis  187, 188, 189 Grobdetritus  120 Grunderwerb  251, 253 Grundsätze  35 Grundschwelle  301 Grundwasser  20, 22 Grundwasserabfluss  172 Grundwasserdynamik  246 Grundwasserneubildung  87 Grundwasserschwankung  100 Grundwasserverschmutzung  13 Gumpe  272 Güteklasse  153 Gütemessstation  149 H Habitatmodellierung  215 Habitat-Richtlinie  4 Halbtrockenrasen  324 Halmpflanzung  329 Hartholzaue  122 Hartwasserquelle  117 Heublumensaat  326 Hochstaude  143 Hochwasserabfluss  178

Sachwortverzeichnis Hochwasserfülle  177 Hochwasserrückhaltung  100 –– Retention  129 Hochwasserschutz  35, 178 Hochwasserschutzanlage  84 Hochwasserschutzdeiche  84 Hochwasserschutzmaßnahmen  84 Hochwasserschutzpläne  35 Hochwasserschutz-Richtlinie  3 Hochwasserwarnung  36 Holz  342 Holzkastenbuhne  342 Hybrid-Pappel-Kultur  143 Hydraulik  185 Hydrobegrünung  326 Hydrogeologie  171 Hydrologie  171 Hydrometrie  171, 180 I Infiltration  175 Informationsbroschüre  255 Infrastruktur  80 ingenieurbiologische Bauweise  323, 357 Instandhaltung  346 Interaktion  191, 197, 199 Interflow  176 Intergovernmental Planel on Climate Change  57 Interkalibrierungsnetz  20 Interstitial  106, 134, 229, 296, 342 Interzeption  174, 176 Isotachen  185 Ist-Zustand  248 J Jäger  121 Jährlichkeit  181 K Kaskadenrampe  303 Kerbtäler  58 Klammtäler  58 Klassifikation  168 Klassifizierungsschema  94 Klima  56 –– arides  172 –– humides  172 Klimaänderung  57 Kolk  214, 265, 294 Kompaktquerschnitt  198 Kompensation  50 Kompensationsmaßnahme  47 Kompensationsraum  49 Konsument  111

451 Kontinuitätsgleichung  185 Krainerwand  342 Krauten  347 Krautsperre  352 Krautwalzenbildung  352 Kulturlandschaft  77 Künstliche Oberflächenwasserkörper  16 Künstlicher Wasserkörper  19 Künstliches Gewässer  86 L Landesplanung  38 Landnutzung  77 Landschaftsplanung  41 Längsprofil  70 Längsverbau  274 Laufentwicklung  66, 91, 92, 217, 263 –– eigendynamische  259 –– Verbesserung der  263 Laufform  64 Laufkorrektur  82 Laufverkürzung  82 LAWA-Übersichtsverfahren  156 Lebensgemeinschaft  114, 246, 248 Lebensraum  99, 102, 114 Lebensraumanspruch  116 Lebensraumtypen  25 Leitbild  158, 249, 250 Leitströmung  308 Limnologie  171 Linienführung  64 Lockere Rampe  303 Lockströmung  308 M Mäander  66 Mäander-Fischpass  313 Mäandertäler  59 Mähboot  353 Mahd  347 Mähen  347 Mähgerät  349 Mähgut  351 Mähkorb  353 Manning-Strickler  191 Massenabtrag  58 Massenschurf  58 Massenselbstbewegung  58 Maßnahmenplanung  244 Maßnahmenprogramm  10, 37, 244 Mechanische Unterhaltung  347 Melorationsmaßnahme  78 Metall  342 Metallgeflecht  342 Mindestabfluss  182

452 Mittellauf  64, 121, 141 Morphologie  244, 246 Mulchsaat  324 Muldentäler  59 Mündungsbereich  64, 126, 145 Mündungslauf  126, 145 N Nachhaltigkeit der Beeinträchtigung  49 Nährstoffe  111 Nahrungskette  111 Nahrungsnetz  112 Nasssaat  324 NATURA 2000  24, 26, 41 Naturhaushalt  33 Natürliches Fließgewässer  99 Natürliches Gewässer  99 Nebenarme  68 Neophyt  139, 285, 361 Neuanlage  269 Neugestaltung  263 Niederschlag  171 Niederschlags-Abfluss-Modell  181 Niederschlagsformen  173 Niedrigwasserabfluss  182 Niedrigwasseraufbesserung  100 Nutzungsänderung  133 Nutzungsbeschränkung  258 Nutzungsinteresse  254 O Oberflächenabfluss  172, 176 Oberflächengewässer –– Beschreibung der  18 Oberflächenwasserkörper  16 Oberlauf  64, 118, 141 Öffentlichkeitsarbeit  255 Ökologie  99 ökologische Durchgängigkeit  82 ökologische Qualitätskomponente  20 ökologischer Zustand  19 ökologisches Potenzial  19 Ökoregionen  16 Ökosystem  112 –– geschlossenes  112 –– offenes  112 Ökosystem-Baustein  269 P Packfaschinat  279 Packwerk  279 Parallelbauwerke  275 Pflanzennährstoff  111 Pflanzloch  329 Phytophthora-Wurzelhalsfäule  337

Sachwortverzeichnis Pilot  301 Pilotenreihe  301 Planfeststellung  43 Planfeststellungsbehörde  43 Planfeststellungsbeschluss  43 Planfeststellungsverfahren  34, 43 Plangenehmigung  34, 43 Plangenehmigungsverfahren  45 Planungsdaten  246 Planungsebene  245 Potamologie  171 Potenziell natürlicher Zustand  250 Pralluferstruktur  263 Primärproduktion  111 prioritäre Biotope  48 prioritäre Stoffe  12, 23 prioritär gefährliche Stoffe  13 Produzent  111 Profilausbau  82 Projekte in Schutzgebieten  47 Punktquellen und diffuse Quellen  10 Q Qualitätskomponenten  18 Qualmgewässer  66, 69 Quellbecken  88 Quellbereich  64, 140 Quelle  87, 117, 140 Quelllauf  117, 140 Quellschüttung  87 Quellsumpf  117 Quelltiere  118 Querbauwerk  85, 130, 137 Querprofile  70, 71 Querriegel  307 R Rahmengesetzgebung  28 Rampe  303 –– Bau von Sohlenrampen  304 –– Typen  303 Rasen  324 Rasenpflege  327 Rasensode  326 Räuber  116 Rauhbaum  276 Rauhbettgerinne  272 Rauheit  194 Rauhgerinne-Beckenpass  312 Räumen  356 –– einseitiges  356 –– mittiges  356 –– punktuelles  356 Raumordnung  38 Räumung  355

Sachwortverzeichnis Referenzgewässer  90, 91, 158, 161, 250 Regelungsbauwerk  263 Regenüberläufe  178 Renaturierung  34 Restwasserabfluss  272 Retention  156, 173 Retentionsraum  178 Riffeln  226 Rohrglanzgras  328 Röhricht  275, 328 Röhrichtmahd  349 Röhrichtpflanzung  275 Rückbau  264 Rückhalt  171 Rückverlegung  320 Rückverlegung von Deichen  320 Runder Tisch  255 S Sammler  120, 124, 126 Sanierungsziele  251 saprobielles Leitbild  153 Saprobienindex  149 Saprobiensystem  149 Sauerstoff  109, 112, 134 Sauerstoffhaushalt  134 Saurer Regen  134 Schadstoffe  23 Schafbeweidung  354 schießender Abfluss  188 Schilf  328 Schlammlingsflur  125 Schlitzpass  313 Schnittgut  349 Schubspannung  231 –– kritische  221, 223 Schutzgebiet  9, 18, 24, 47 –– Bestimmung zum  48 –– Erklärung zum  48 Schwebstoff  218, 219 Schwebstoffmessung  234 Schwebstofftransport  218 Schwimmstoff  219 Sedimentation  62, 218, 259 Sedimentationsprozess  92 Seitenerosion  62, 219, 275 Seitengewässer  272 Sekundärströmung  186 Selbstreinigung  135 Selbstreinigungsvermögen  147 Senkfaschinen  280 Senkwalze  280 Sickerquelle  88, 117 Signifikante anthropogene Belastung  17 Sinkstück  279

453 Sohlenbauwerk  210, 301 Sohleneintiefung  82, 129 Sohlenform  205, 226 Sohlengleiten  303 Sohlengurt  272, 302 Sohlenrampe  211, 213, 302 Sohlenriegel  301 Sohlenschubspannung  205, 223 Sohlenschwelle  210, 301 Sohlenstruktur  56, 70, 73 Sohlenstufen  210 Sohlentäler  60 Sohlenwiderstand  194 Spieker  281 Spreitlage  282 Spritzbegrünung  326 Spundwand  301, 342 Stand der Technik  31 Standsicherheit  317 Stangenbeschlächt  342 Staude  329 Stauraumspülung  85, 266 Stauraumverlandung  85 Stauwurzel  266 Steckhölzer  290, 335 Steckling  335 Steckstange  286 Stein  338 Steinberollung  289 Steinbuhne  294 Steinkastenbuhne  298 Steinpflaster  290 Steinsatz  288 Steinschüttung  290 Steinsporne  295 Steinverbau  287 Steinwurf  282, 289, 290 Stoffdurchlauf  112 Stoffkreislauf  112 Strahlungsklima  104 Strahlungsverhältnis  104, 131 strategische Umweltprüfung  42 Ströme  89 Strömen  186, 187, 188 Strömender Abfluss  188 Strömungsmechanische Kennzahl  187 Strömungsmuster  103 Strömungsstruktur  130 Strömungsverhältnisse  103 Strömungsvielfalt  109 Strömungsvorgänge  103 Struktur  111 –– anorganische  106 –– morphologische  113 –– organische  111

454 Strukturarmut  132, 138 Strukturdiversität  106 Strukturkartierung  155 –– Anfänge  155 –– Arbeitsschritte  161 –– Bewertung  160 –– Erhebung  159 –– Fließgewässerstrukturkarte  165 –– LAWA-Übersichtsverfahren  156 –– Leitbild  158 –– Verfahren  156 –– Verfahrensablauf  159 –– Vor-Ort-Verfahren  156 Strukturreichtum  106 Strukturvielfalt  73, 219 Sturzquelle  88, 117 Sukzession  126, 327 Systematik der Fließgewässer  86 T technische Ausbauform  83 Tiefenerosion  62, 82, 178 –– Sicherung gegen  299 Totarme  69 Totholz  113, 136, 267, 297, 356 –– Auswirkungen  267 –– Bewirtschaftung  268 –– Lebensraum  267 –– Totholzmanagement  268 Totholzschwelle  300 Transpiration  174 Transport  62, 217, 259 Transportbeginn  221, 226 Transportkörper  205, 226 Transportvermögen  85 Treibgutansammlung  360 Trennfläche  199 –– fiktive  195 Trennflächenrauheit  200 Trennflächenwiderstandsbeiwert  200 Trockenmauer  291 Trockensaat  324 Tümpelquellen  88 Typisierungsschemata  93 U Überfall –– unvollkommener  208 –– vollkommener  208 Überflutung  69 Überschwemmung  69, 100, 129 Überschwemmungsgebiet  35, 177, 179, 252 Überschwemmungsgefährdete Gebiete  37

Sachwortverzeichnis Überstauung  69 Ubiqist  139 Ufergehölze  77 –– Pflege der  357 Uferrandstreifen  33 Ufersicherung  275, 287 Uferstreifen  33, 270, 273 Umfang der Unterhaltung  32 Umgehungsgerinne  310 Umlagerungsprozess  92 Umlagerungsstrecke  265 Umweltauswirkungen  8 Umweltgesetzbuch  28 Umweltqualitätsnormen  23 Umweltverträglichkeitsprüfung  31, 42 Umweltziele  167, 237 Unterhaltungsarbeit  346, 362 Unterhaltungslast  32, 33, 345 Unterhaltungsmaßnahme  346 –– biologische  347 –– chemische  347 –– mechanische  347 Unterhaltungsplan  363 Unterhaltungsverpflichtung  345 Unterhaltungszyklen  362 Unterhaltung und Ausbau  32 Unterlauf  64, 124, 144 Unterstand  297 V Vegetationsmatte  324, 329 Vegetationswalze  329 Veränderungssperre  38 Verdunstung  171 –– aktuelle  174 –– potenzielle  174 –– tatsächliche  174 Verdunstungshöhe  172 Verinselungseffekt  139 Verklausung  206, 219 Verlandung  69 Vernetzung  272 Versickerung  171, 177 Versiegelung  80, 84, 176, 179 Versiegelung von Fläche  80 Verursacherpflichten  47 Verwaltungsverfahren  43 Verwaltungsverfahrensgesetz  43 Verwitterung  58 Vliese  343 Vogelschutz-Richtlinie  23 Vorhersagemodell  17 Vorländer  317 Vor-Ort-Verfahren  156

Sachwortverzeichnis W Waldquelle  117 Walzenströmung  190 Wanderfischprogramm  316 Wanderhindernis  137 Wanderschäferei  328 Wasser  55 Wasserbauer/Wasserbauerin  256 Wasserbaumeister/Wasserbaumeisterin  257 Wasserhaushalt  171 Wasserhaushaltsgesetz  26, 29 –– Ausbau  34 –– Bewilligung  31 –– Bewirtschaftungsziele und -anforderungen  32 –– Erlaubnis  31 –– Hochwasserschutz  35 –– Umfang der Unterhaltung  32 –– Unterhaltung und Ausbau  32 –– Wasser- und Bodenverbände  39 –– Wasserwirtschaftliche Planung  37 Wasserhaushaltsgleichung  171 Wasserkreislauf  171 Wasserqualität  249 Wasserrückhalt  100 Wasserspiegellage  214 Wasserstandsdauerlinie  182 Wassertemperatur  105, 131 Wasser- und Bodenverbände  39 Wasserverbände  39 Wasserverschmutzung  12 Wasserwirtschaftliche Planung  37

455 Wechselsprung  188 –– stabiler  211 Wehre und Stauanlagen  85 Weichholzaue  122 Weichwasserquelle  117 Weidegänger  116, 121, 124, 126 Weidenbuschlage  283 Weidenspreitlage  282 Weiterbildung  256 Wetter  56 Wiederherstellbarkeit  49 –– standörtliche  49 –– zeitliche  49 Wiederherstellung von Auenstruktur  273 Wiesenquelle  117 Wildverbiss  335 Wippe  278 Wippenbank  278 Wirbelströmung  190 wirtschaftliche Analyse  18 Witterung  56 Wühltiere  360 Wurzelhalsfäule  337 Wurzelstockbuhnen  296 Wurzelstöcke  296 Z Zeitplan  363 Zerkleinerer  116, 120 Zonation  125 Zustandsbewertung  240 Zwischenabfluss  176